Bewegung bei der schiefen Ebene abwärts.
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Das folgende Java-Applet zeigt die Bewegung einer Kugel auf einer
schiefen Ebene. Folgende Annahmen / Idealisierungen sind gemacht: Im linken Auswahlfeld kann man die Starthöhe der Kugel ändern, im
mittleren Auswahlfeld die Neigung der schiefen Ebene. Rechts können Kugeln
unterschiedlicher Masse gewählt werden. Im Feld erhält man Informationen über die Bahnlänge und die Beschleunigung (für einen gewählten Parametersatz eine feste Größe), sowie die aktuelle Laufzeit, die zurückgelegte Wegstrecke und die Geschwindigkeit der Kugel. Die Wiedergabe erfolgt in "Zeitlupe". Erreicht die Kugel das untere Ende der Bahn, so wird die Animation
gestoppt. |
Arbeite die Aufgaben unter dem Applet durch!
Fragen und Aufgaben:
1) Was passiert - Beschreibung der Bewegung.
Belasse die Grundeinstellungen (Starthöhe 0,4 m, Hangwinkel 20°, große Kugel) und klicke einfach "Kugel los!"
- Beschreibe die Bewegung der Kugel. Gehe dabei auf ihre Geschwindigkeit ein.
2) Die Geschwindigkeit der Kugel - genauer betrachtet.
Belasse alle Einstellungen. Klicke "Kugel los!" und stoppe mit
"Pause".
Taste dich mit "Schritt" an den richtigen Punkt heran.
- Welchen Betrag der Geschwindigkeit (im Appletfeld aufgeführt) hat die
Kugel zu folgenden Zeitpunkten:
0,2 s ; 0,4 s ; 0,6 s ; 0,8 s ?
- Wie verhalten sich also Geschwindigkeit und Zeit zueinander?
Was für eine Bewegungsart liegt vor?
- Woran erkennt man diese Bewegungsart im Geschwindigkeits-Zeit- Diagramm
(rechts)?
3) Die zurückgelegte Wegstrecke - genauer betrachtet.
Belasse die gleichen Grundeinstellungen. Gehe wie bei Aufgabe 2 vor.
- Welche Wegstrecke hat die Kugel zu folgenden Zeitpunkten zurückgelegt:
0,2 s ; 0,4 s ; 0,6 s ; 0,8 s ?
- Woran erkennt man hier die gleichmäßig beschleunigte
Bewegung?
- Welche Kurvenform hat daher das Weg-Zeit-Diagramm (rechts)?
4) Endgeschwindigkeit, Wegstrecken und Laufzeiten bei verschiedenen Hangwinkeln.
Wähle eine feste Starthöhe (z.B. 0,4 m) und lasse die Kugel aus verschiedenen Hangwinkeln starten.
- Was kann man über die Beschleunigungen der Kugel, die Wegstrecken und
die Laufzeiten bei verschiedenen Bahnwinkeln aussagen?
- Was kann man über die Endgeschwindigkeit am Fußpunkt der Bahn
bei den verschiedenen Versuchen aussagen?
Kannst du das begründen?
5) Spielt die Masse m der Kugel eine Rolle?
Wähle irgendeine Starthöhe und irgendeinen Hangwinkel. Lasse einmal eine große und einmal eine kleine Kugel die Bahn hinunterrollen (Auswahlfeld Kugel verändern).
- Was kann man über die Geschwindigkeit unten auf der Bahn aussagen?
- Kannst du begründen, warum dies so ist?
Die Fragen lassen sich auch als Arbeitsblatt herunterladen:
Arbeitsblatt
herunterladen 
Verwandte Seiten zur Bewegung bei der schiefen Ebene abwärts:
- Wie kommt die Simulation eigentlich auf die Beschleunigungen? Auf dieser
Seite erfährst du alles über Kräfte und Beschleunigungen an der
schiefen Ebene.
Kräfte bei der schiefen Ebene
- Vergleiche die Bewegung einer Kugel die schiefe Ebene hinunter mit dem
freien Fall einer Kugel.
Mehr hierzu findest du auf folgender Seite:
Zwei beschleunigte Bewegungen - freier Fall und schiefe Ebene im Vergleich.
- Warum hängt die Endgeschwindigkeit weder vom Hangwinkel noch von der
Masse der Kugel ab?
Die Antwort darauf heißt "Energieerhaltungssatz". Auf der folgenden Seite erfährst du mehr darüber.
Energie bei der schiefen Ebene abwärts.
- Die Bewegung eines geladenen Teilchens in einem elektrischen Längsfeld
lässt sich mathematisch völlig analog zur Abwärtsbewegung einer
Kugel auf einer schiefen Ebene beschreiben (Mathematische Isomorphie).
Vergleiche hierzu folgende Seite:
Bewegung einer Ladung im Längsfeld und Bewegung an der schiefen Ebene.
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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang
Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA ( |