Aufbau und Gestaltung von Demonstrationsexperimenten zu ...

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Versuch 31 - Demonstrationsexperimente zu Drehimpuls und Trägheitsmoment Seite 10Literatur[1] Meschede: Gerthsen Physik. Springer Verlag Berlin, Heidelberg, 24. Auflage, 2010.[2] Dierle: Aufbau und Gestaltung von Demonstrationsexperimenten zu Drehimpuls undTrägheitsmoment. Staatsexamensarbeit, Physikalisches Institut Universität Freiburg,2013.[3] Eichler, Kronfeldt und Sahm: Das Neue Physikalische Grundpraktikum. SpringerVerlag Berlin, Heidelberg, 2. Auflage, 2006.100
7. ZusammenfassungZiel dieser wissenschaftlichen Arbeit war die Entwicklung und Gestaltung von schülergerechtenDemonstrationsexperimenten zu Drehimpuls und Trägheitsmoment, welcheden Lernenden einen Einblick in die Theorie der im alltäglichen Leben vielfach anzutreffendenDrehbewegungen ermöglichen sollen. Die Experimente sind zunächst füreinen Einsatz in dem für Lehramtsstudierende ausgerichteten Laborkurs für Demonstrationsexperimentevorgesehen und sollen das Versuchsangebot im Bereich der Mechanikerweitern. Aufgrund der schülergerechten Auslegung der Versuche ist auch eineAnwendung in der Schule denkbar, die jedoch sowohl durch das teure Zubehör undbei selbständiger Anfertigung auch durch die zeitintensive Bauphase als auch durchdie geringe Beachtung in den Bildungstandards verhindert werden könnte.Die auf einen phänomenologischen Erkenntnisgewinn ausgerichteten Demonstrationsexperimentezu Drehimpuls und Trägheitsmoment basieren auf der Kopplung vonrotierenden Schwungrädern unterschiedlicher Trägheitsmomente. In Zusammenarbeitmit der Mechanik-Werkstatt des Physikalischen Instituts konnte ein Versuchsaufbauentwickelt werden, welcher die Kombination der rotierenden Objekte mithilfe zweierverschiedener Kupplungselemente als Drehstoß verwirklicht. Während eine der beidenVerbindungskomponenten für die Simulation eines nahezu elastischen Drehstoßes verantwortlichist, lässt sich mit dem zweiten Element ein unelastisches Zusammenfügender rotierenden Räder realisieren. Für die Analyse und Interpretation der bei denDrehstößen auftretenden Bewegungserscheinungen ist die Verwendung der zwischenTranslation und Rotation bestehenden Analogie vorgesehen. Wird den Drehstößenihr Pendant aus der Translationsmechanik zugeordnet, so können die translatorischenBewegungsmerkmale durch Austausch der analogen Größen auf die Drehbewegungender Schwungräder übertragen werden und erlauben somit Aussagen über die bei derRotation auftretenden Größen des Drehimpuls und Trägheitsmoments.Die im Rahmen dieser Staatsexamensarbeit entwickelten Demonstrationsexperimenteerlauben den Schülern gemäß der in den Bildungsstandards aufgeführten Anforderungeneinen Erkenntnisgewinn auf qualitativer Ebene. Für die Größe des Drehimpulseshaben die Versuchsaufbauten die Bestätigung des zugehörigen Erhaltungsgesetzessowie die Demonstration des Vektorcharakters ermöglicht. Durch Drehstößezweier Schwungräder unterschiedlicher Trägheitsmomente wurde gezeigt, dass sowohldie Masse eines Körpers als auch ihre Verteilung bezüglich der Drehachse die Größedes Trägheitsmoments beeinflussen. Für die Erarbeitung dieser Erkenntnisse wurdedas Drehverhalten der Schwungräder analysiert. Die hierfür registrierten Drehzahlenzeigten zwar aufgrund von Reibungsverlusten Abweichungen von den theoretisch101
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WISSENSCHAFTLICHE ARBEITFÜR DAS ST
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1. EinleitungDrehbewegungen jeglich
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2. Physikalische GrundlagenFür den
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2.2 Rotationen um raumfeste AchsenD
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2.3 Die Vektornatur der RotationTab
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2.4 DrehstößeUmsortieren und Anwe
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2.4 Drehstöße3. Fall: I 1 > I 2Be
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2.5 Bestimmung von Trägheitsmoment
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3. Der VersuchsaufbauDie in dieser
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3.2 Die einzelnen Komponenten des V
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Seite 53 und 54: 3.3 Vorstellung der Demonstrationse
Seite 55 und 56: 4. Messungen und AuswertungenUm mit
Seite 57 und 58: 4.1 Vorbereitende MessungenMithilfe
Seite 59 und 60: 4.1 Vorbereitende Messungenmithilfe
Seite 61 und 62: 4.2 Experimente mit der Klauenkuppl
Seite 81 und 82: 4.3 Experimente mit der Rutschkuppl
Seite 89 und 90: 5. Die Einbindung in denSchulunterr
Seite 91 und 92: 5.3 Einsatz der Experimente im Schu
Seite 93 und 94: 6. Versuchsanleitung für einenLabo
Seite 95 und 96: Versuch 31Demonstrationsexperimente
Seite 97 und 98: Versuch 31 - Demonstrationsexperime
Seite 103: Versuch 31 - Demonstrationsexperime
Seite 107 und 108: A. Messwerte zur Bestimmung derTrä
Seite 109 und 110: Schwungrad Typ 2Masse: m = (244 ±
Seite 111 und 112: Schwungrad Typ 3Masse: m = (664 ±
Seite 113 und 114: B. Messwerte zum Koppeln derSchwung
Seite 115 und 116: f 1 in s −1 3,0 3,0 3,0 3,0 3,0 3
Seite 117 und 118: Experimente mit der RutschkupplungM
Seite 119: C. Auflistung der InternetquellenAu
Seite 128 und 129: Literaturverzeichnis[15] Patzner: A
Seite 131: ErklärungIch erkläre, dass ich di
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