M2-11 · Auswertung eures Realexperiments
Kräfte an der schiefen Ebene 2
Prüft eure Abhebekraft und zerlegt die Gewichtskraft mit parallel verschiebbaren Pfeilen.
Größen klar unterscheiden: Die Gewichtskraft heißt F_G und wird in Newton (N) angegeben. Die Masse heißt m und wird in Kilogramm (kg) oder Gramm (g) angegeben. Es gilt F_G = m · g mit g = 9,8 N/kg; für die Rechnung eine Masse in Gramm zuerst durch 1000 teilen.
1 · Eure Messwerte
Ein Kraftmesser hält den Wagen parallel zur Rampe. Der zweite zieht ihn senkrecht zur Rampe, bis sich gerade alle vier Räder gleichmäßig lösen. Lest genau beim Abheben ab. Zieht dabei langsam, ohne den Wagen zu beschleunigen oder zu kippen.
h und b gehören zu denselben Endpunkten der Rampe. Die Seite berechnet daraus s = √(h² + b²) und den Neigungswinkel. Eine optional eingegebene Länge oder Winkelmessung dient als unabhängige Gegenkontrolle.
Tragt zunächst die fünf nötigen Messwerte ein.
2 · Plausibilität direkt prüfen
Diese Grenze ist eine Orientierung, keine berechnete Messunsicherheit. Betrachtet außerdem die Auflösung eurer Kraftmesser.
Was ihr am Aufbau prüfen könnt
- Kalibrierkontrolle und Nullstellung: Überprüft eine bekannte Kraft nach Anleitung der Lehrkraft. Stellt beide Kraftmesser ohne Last in ihrer tatsächlichen Messlage auf 0. Nach einer neuen Neigung erneut kontrollieren.
- Ausrichten: Der erste Kraftmesser zieht parallel, der zweite genau senkrecht zur Rampe. Die zweite Richtung ist meist nicht die Senkrechte zum Tisch!
- Freie Bewegung: Kraftmesser, Haken und Schnüre dürfen nicht an Haltern oder am Wagen reiben. Erst ausrichten, dann die Halter vorsichtig feststellen.
- Richtiger Ablesemoment: Lest den zweiten Kraftmesser ab, sobald alle vier Räder gerade frei sind. Vorher trägt die Schiene noch mit; nach einem Ruck oder beim Kippen stimmt die Messung nicht.
- Gewichtskraft und Geometrie: Stift und weitere mitbewegte Teile gehören zum Gewichtskraft des Wagens. Messt h, b und gegebenenfalls s an denselben Endpunkten.
Welche Beziehungen werden geprüft?
Ideal gilt F = F_G · sin α und N = F_G · cos α. Aus der Geometrie folgen sin α = h / s und cos α = b / s. Deshalb sind F / F_G und h / s sowie N / F_G und b / s jeweils vergleichbar.
Zusätzlich gilt F² + N² = G². Dieser Betragsvergleich allein reicht nicht: Auch die Richtungen müssen passen. Der Check prüft deshalb die gesamte Vektorsumme.
3 · Die Gewichtskraft in zwei Richtungen zerlegen
Bewegt die farbigen Pfeile mit Maus, Finger oder Pfeiltasten. Umschalt + Pfeiltaste: größere Schritte. Enter: an die Spitze des anderen Pfeils legen. Richtung und Länge bleiben erhalten.
Die Gewichtskraft zeigt senkrecht nach unten. Ihre Komponenten zeigen hangabwärts und senkrecht in die Rampe. Sie ergeben zusammen F⃗_G. Die tatsächlich gemessenen Haltekräfte der Kraftmesser zeigen jeweils entgegengesetzt. Ihre Summe gleicht die Gewichtskraft aus. Beim Abheben ist die Kontaktkraft der Schiene gerade 0; die Abhebekraft ersetzt dann die zuvor nötige Stützkraft.
Notiert: Was ändert sich an beiden Komponenten bei einer steileren Rampe? Warum sind F und N keine zwei zusätzlichen Kräfte neben der Gewichtskraft, sondern hier ihre Zerlegung?
Sichert eure Messwerte, die Versuchsskizze und die Pfeilkonstruktion per Screenshot.