Aufbau und Gestaltung von Demonstrationsexperimenten zu ...

4 Messungen und AuswertungenSchwungräder neben ihrem identischen Trägheitsmoment auch dasselbe Drehverhaltenaufweisen. Dazu wurden beide Objekte mit derselben Winkelgeschwindigkeit inDrehung versetzt und die Abnahme ihrer Drehzahl infolge von Reibungsverlusten untersucht.Ziel dieser Voruntersuchungen war es, eventuelle ungleiche Reibungsverlusteaufzudecken. Solche Verluste liegen beispielsweise dann vor, wenn das Schwungradoder auch die Welle nicht richtig fixiert wurden oder wenn der Haltetisch für denDrehzahlmesser eine zu hohe Position einnimmt, sodass er an der Kupplung streiftund somit eine zusätzliche Quelle für Reibungsverluste bietet.Die Testuntersuchungen lieferten eine nahezu identische Abnahme der Drehzahl derbeiden Schwungräder, die sich maximal um 0,1 Umdrehungen pro Sekunde unterschieden,sodass den beiden Rädern vom Typ 1 dasselbe Drehverhalten zugewiesen werdenkonnte.Hinweise zur DurchführungWenn bei der Durchführung des Experiments eines der beiden Schwungräder in Drehungversetzt wird, muss der zugehörige, auf der Fahrbahn positionierte Wagen angestoßenwerden, um das Zusammenführen der kongruenten Kupplungshälften der beidenSchwungräder zu ermöglichen. Beobachtungen mithilfe von Videoanalysen ergaben,dass dem Wagen kein zu schwacher Stoß gegeben werden darf, denn sonst könnendie beiden Verbindungselemente nicht komplett ineinandergreifen und erschweren einevollständige Übertragung der Drehbewegung.Zu beachten ist außerdem, dass bei Verwendung eines Schwungrads vom Typ 1 alsdas zu Beginn rotierende Rad nur Anfangsdrehzahlen bis ca. 5 Umdrehungen pro Sekundefür die Durchführung des Experiments eingesetzt werden können. Um dies zubegründen, berücksichtige man, dass der auf die Torsion der Feder zurückzuführendeDrehwinkel ϕ klein ist und folglich auch die potentielle Energie der Torsionsfedergemäß E pot = 1 2 D ϕ2 mit dem Richtmoment D der Feder keine allzu großen Werte annehmenkann. Da die Rotationsenergie des ersten Schwungrads für die Übertragung derDrehbewegung an das zweite Rad zunächst in potentielle Energie der Feder umgewandeltwird, muss dieser Beitrag der Bewegungsenergie für eine vollständige Übergabe derDrehung der Energie der Feder angepasst sein. Diese Einschränkung für die Rotationsenergieerklärt folglich auch die Eingrenzung der Anfangsdrehzahlen bei Verwendungeines Schwungrads vom Typ 1.Beobachtungen und MessergebnisseWurde den Kupplungshälften der beiden Schwungräder durch Anstoßen ihrer Wagenein Ineinandergreifen ermöglicht, so konnte mithilfe von Videoaufnahmen beobachtetwerden, dass das sich zu Beginn drehende Verbindungselement durch den Kontakt mitseinem ruhenden Gegenstück abgebremst wurde und nur noch eine geringe Drehbewegungaufweisen kann. Da die Kupplungshälfte über die Welle mit dem Schwungradverbunden ist, kann für das zugehörige Rad ebenfalls eine nur noch sehr geringe Dreh-58