Fallexperimente mit Ultraschall

Fallexperimente mit Ultraschall
Aufbau des Experiments
Kurzbeschreibung
Untersuchungen der Fallbewegung mithilfe von Ultraschallsensorik
Kategorien
Vorpraktikum, Mechanik
Kompetenzerwerb
Fragestellung entwickeln	0
Hypothesen aufstellen	++
Experiment planen	+
Experiment funktionsfähig aufbauen	0
Beobachten, Messen, Dokumentieren	+
Daten aufbereiten	++
Schlüsse ziehen	++
Informationen
Punkte	5/10
Raumnummer	1'###
Uni	Humboldt-Universität zu Berlin

Per Ultraschall kann das Messsystem die Position eines Objektes bestimmen. Die Software erzeugt instantan Tabellen und Diagramme. Untersucht werden der Fall unterschiedlicher Objekte.

Fragestellung entwickeln

Mit dem Experiment soll die folgende Fragestellung untersucht werden:
Wie bewegen sich unterschiedliche Körper im Schwerfeld der Erde?

Vermutung oder Hypothese aufstellen

Aufgabe:

1. Erstellen Sie quantitative Hypothesen für die Bewegung eines springenden Gummiballs. Der Ball soll aus einer Höhe von 1,5m auf den Boden fallen (Phase 1) und nach dem Bodenkontakt nach oben springen (Phase 2). Legen Sie alle Parameter (a, b und c) die drei mathematischen Funktionen für Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung Werte fest: $f(t)=at^{2}+bt+c$
2. Äußern Sie eine Vermutung für die Bewegung einer fallenden Plastikschüssel. Sie soll aus 2 m auf den Boden fallen.
3. Äußern Sie eine Vermutung für die Bewegung von 5 bzw. 10 ineinander gesteckte Plastikschüsseln.

Experiment planen

Der Bewegungsmesser wird an Stativ-Material montiert, siehe Abbildung. Die Probekörper werden unter dem Bewegungsmesser fallen gelassen. Die Software Logger Lite erzeugt Diagramme für den Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Der Ultraschall-Bewegungsmesser besitzt die Spezifikationen: Bereich: 0,15m to 6m, Auflösung: 1mm. Messwiederholung: 0,05s.

Aufgabe:

Berechnen Sie auf Grundlage der oben genannten Messgenauigkeiten für Ort und Zeit die Genauigkeit für die Geschwindigkeit und die Beschleunigung mithilfe der Größtfehlerabschätzung. Machen Sie sich mit der Software vertraut. Führen Sie Probemessungen durch. Führen Sie einen linearen Fit durch.

Experiment funktionsfähig aufbauen

Aufgabe:

Bauen Sie den Versuch entsprechend der unten stehenden Abbildung auf. Bitte schließen Sie den Bewegungsmesser an einen analogen Eingang am Interface an. Das Interface verbinden Sie per USB an den Laptop. Verwenden Sie die Software Logger Lite. Der Bewegungsmesser soll sich in einer Höhe von 1,5m befinden. Er ist mit dem Lautsprecher nach unten zu montieren.

Beobachten, Messen, Dokumentieren

Aufgabe:

Führen Sie mehrere Messungen mit dem Gummiball durch. Wählen Sie den relevanten Bereich an Daten aus. Speichern Sie jede Messung für die weitere Bearbeitung im Format csv. Verschicken Sie die Daten per Mail o.ä.

Daten aufbereiten

Aufgabe:

Bestimmen Sie für die Phase 1 und 2 des Gummiball-Falles durch einen linearen Fit die Geschwindigkeit und die Beschleunigung.

Schlüsse ziehen und diskutieren

Aufgabe:

Vergleichen Sie ihre Messungen mit ihren Hypothesen und ziehen Sie Schlussfolgerungen.

Wechsel der Probe

Wiederholen Sie die Messungen für den zweiten Körper Plastikschüsseln.

Geräte an der Station

Gerät	Ort
Ultraschall-Sensor Vernier	3-25-1
Laptop mit Software Logger Lite	2-9-5
Gummiball	3-22-4
Einweg-Suppenschüsseln	Kaufland oder 3-11-7
Tischklemme	Stativwagen
lange Stativstange	Stativwagen
kurze Stange mit passendem Gewinde	Stativwagen
Kreuzmuffe	Stativwagen