Versuchsaufbau mit einfachen Zeitmessern
Für die Untersuchung von einfachen Fällen bei stehendem Target ist der in Abb. 1 dargestellte, einfache Versuchsaufbau mit Zeitanzeigen ausreichend: Eine sauber waagerecht ausgerichtete Luftkissenbahn wird mit zwei Lichtschranken versehen. Die Lichtschranken sind jeweils mit einem Zeitmesser versehen, der Zehntel- oder Hundertstel Sekunden auflösen kann. Auf der Luftkissenbahn befinden sich zwei Gleiter. Gleiter 1 links der Lichtschranken, Gleiter 2 zwischen den Lichtschranken. An jedem Gleiter ist jeweils ein Fähnchen mit identischer Breite \(d\) montiert. Nur dieses Fähnchen sollte dafür sorgen, dass beim Durchgang des Gleiters durch die Lichtschranke die Lichtschranke unterbrochen wird.
Hinweis: Wenn der Zeitmesser nur Zehntelsekunden auflöst, muss die Breite \(d\) des Fähnchen entsprechend groß gewählt werden.
Bei komplexeren Stoßvorgängen, insbesondere wenn sich auch Gleiter 2 vor dem Stoß bewegt, ist der Einsatz eines Messwerterfassungssystems sinnvoll.
Versuchsaufbau mit Messwerterfassungssystem
Eine sauber waagerecht ausgerichtete Luftkissenbahn wird mit zwei Lichtschranken versehen. Beide Lichtschranken sind über ein entsprechendes Interface mit dem Computer zur Messwerterfassung verbunden (vgl. Abb. 2). Auf der Luftkissenbahn befinden sich zwei Gleiter. An jedem Gleiter ist jeweils ein Fähnchen mit identischer Breite \(d\) montiert. Nur dieses Fähnchen sollte dafür sorgen, dass beim Durchgang des Gleiters durch die Lichtschranke die Lichtschranke unterbrochen wird.
Im Messwerterfassungssystem wird jeweils die Dunkelzeit der beiden Lichtschranken gemessen (je nach Stoßart auch zweimal). Aus der bekannten Breite \(d\) der Fahne kann dann die Geschwindigkeit des Gleiters errechnet werden. Zusätzlich kann die Masse der Gleiter als Größe in den Systemen festgelegt werden, sodass alle weiteren relevanten Größen (Impuls, Energie, Energieverlust) vom System errechnet werden.
Hinweise:
- Die meisten Messwerterfassungssysteme bieten Einstellungsvorlagen für diese Versuche an. Diese können einfach geladen und genutzt werden, ohne dass selbst Größen definiert und berechnet werden müssen.
- Alternativ kann der Versuch auch auf einer Rollbahn mit Rollwägen durchgeführt werden.
Durchführungsvarianten
Passend zur zu untersuchenden Stoßart und den gewünschten Anfangsbedingungen müssen die Gleiter auf der Luftkissenbahn relativ zu den Lichtschranken positioniert werden.
Beispiele:
- elastischer Stoß, Gleiter 2 in Ruhe: Gleiter 1 links der Lichtschranken, Gleiter 2 zwischen den Lichtschranken.
- elastischer Stoß, Gleiter 2 mit negativer Geschwindigkeit: Gleiter 1 links der Lichtschranken, Gleiter 2 rechts der Lichtschranken.
- völlig unelastischer Stoß, Gleiter 2 in Ruhe: Gleiter 1 links der Lichtschranken, Gleiter 2 zwischen den Lichtschranken.
Versuchsauswertung
Mit Hilfe der gemessenen Dunkelzeiten der Lichtschranken berechnet das Messwerterfassungssystem meist direkt alle anderen relevanten Größen im Versuch wie Impuls, Energie oder Energieverlust (siehe Abb. 4). Diese können dann je nach Bedarf betrachtet und analysiert werden. Häufig ist es sinnvoll mehrere Messungen durchzuführen, die dann in der Software einfach direkt untereinander dargestellt werden.
Hinweis: Es ist wichtig, dass die entsprechenden Größen der Messung auch richtig den Geschwindigkeiten vor- bzw. nach dem Stoß zugeordnet werden. Dies ist bei den vorgegebenen Beispielen meist nur der Fall, wenn beide Lichtschranken zweimal unterbrochen werden. Ist Gleiter 2 zu Beginn zwischen den Lichtschranken positioniert, so muss dies entsprechend entweder vorab in der Messdatei angepasst werden oder die entsprechenden Messwerte in der Messwerttabelle müssen im Nachhinein an die passende Stelle verschoben werden.