Endgeschwindigkeit beim freien Fall

Kurzbeschreibung

Wenn sich ein Körper durch eine Flüssigkeit wie z.B. Wasser bewegt, dann wirkt auf ihn ein Strömungswiderstand entgegengesetzt zu seiner Bewegungsrichtung. Dieser Strömungswiderstand wächst mit der Geschwindigkeit des Körpers an.
Zur Demonstration dieses Effektes benutzen wir das Prinzip einer Atwood'schen Fallmaschine. Hierbei wird ein dünner Faden über eine leicht drehbare Rolle gelegt und an beiden Enden mit einem Gewicht versehen. Bei gleichen Gewichten bleiben die Massen in Ruhe. Verringert man nun ein Gewicht um wenige Gramm, so wird die Gesamtmasse in Richtung des höheren Gewichtes in eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung versetzt.
Das Versuchsgerät ist eine etwa 1,5 m lange, 15 cm dicke Glasröhre, in der sich Wasser befindet. Zwei Massestücke (M1 und M2) sind über eine drehbare Rolle mit einer Schnur verbunden. Die Rolle und die Schnur werden als masse- und reibungslos betrachtet. Für die beiden Massenstücke werden jeweils 20 Gramm verwendet, sodass zunächst Gleichgewicht herrscht. Während M1 frei in der Luft beweglich ist befindet sich M2 über der Glasröhre, bzw. in der Glasröhre im Wasser. Belegt man nun M2 mit einem Zusatzgewicht von einigen Gramm und lässt sie los, so fällt diese nach unten während die Masse M1 nach oben gezogen wird. Die Schnur ist mit einem Dynamo und einem Oszilloskop, oder wahlweise mit dem Drehwinkelaufnehmer des Pasco-Interfaces verbunden. So kann man direkt die Beschleunigungswerte der Masse M2 aufnehmen.
Beim Start außerhalb des Wassers sieht man zunächst eine starke Beschleunigung welche beim Auftreffen der Masse auf das Wasser abrubt abgebremst wird. Nach einiger Zeit hat die Masse M2 dann ihre Endgeschwindigkeit erreicht und gleitet mit konstanter Geschwindigkeit zu Boden.
Startet man den Versuch während sich die Masse M2 bereits im Wasser befindet, so wird diese zunächst beschleunigt bis sie Ihre Endgeschwindigkeit erreicht hat und anschließend mit konstanter Geschwindigkeit weiter zu Boden fällt.

Betriebsanweisungen: Elektrogeräte

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