Seminar und Praktikum zur Didaktik der Physik
Versuchskarte zu experimentellen Themen
 
Datum: 14.07.2004

Titel:

Kugeln in einer Halbkreisschiene


Versuchsnr.: 07

Namen: Dieter Krestel, Florian Nonnenmann

Gruppe: B

DP Physik

 
Versuchsaufbauten
mit Parametern

Geräte
mit Firmenangabe
- Motor mit Bohrfutter (Leybold - Heraeus)
- Halbkreisschiene mit Drehachse (Leybold -Heraeus)
- 2 Kugeln verschiedener Masse und Farbe
Durchführung
Die Kugeln werden in die Schiene gelegt und dann wird die Drehzahl des Motors hochgefahren.

Resultate
möglichst quantitative
Die Kugeln steigen aufgrund der Zentrifugalkraft in dem Kreisbogen nach oben bis sich zwischen der tangentialen Komponente (zur Schiene) der Zentrifugalkraft  und der tangentialen Komponente (zur Schiene) der Gewichtskraft ein Kräftegleichgewicht eingestellt hat und die Kugeln in dieser Position verharren. Die Komponente normal zur Schienenoberfläche der beiden Kräfte wirkt auf die Schiene. Die Steighöhe der Kugeln ist von der Drehfrequenz abhängig, aber nicht von der Masse der Kugeln. Die Massenunabhängigkeit folgt direkt aus folgender Skizze.


Die beiden tangentialen Anteile der Gewichts- und Zentrifugalkraft heben sich gegenseitig auf. Die anderen  Kräfteanteile addieren sich zu einer resultierenen Kraft normal zur Schienenoberfläche.
Bemerkungen
&
Tricks
Gerade die Massenunabhängigkeit  der Steighöhe ist das erstaunliche Resultat dieses Versuches. Eine vorherige Umfrage in der Klasse dürfte das Interesse an dem Versuch wecken.
Literatur Metzler, Dorn-Bader