Versuche

Filtert, welche Eigenschaften durchsucht werden sollen
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E | E-Lehre

M | Mechanik

M.A | Einführung

M.A.1 | Was ist Physik?

Drei 230 V Glühlampen (40 W, 60 W und 75 W) werden einmal parallel und einmal (durch Umstecken) in Reihe geschaltet.

M.A.1.2 | Welche Glühlampe leuchtet am hellsten? (123)

Zwei Glühlampen mit Dioden im Schraubsockel.

a) Der rote Schalter schaltet die rote und der blaue Schalter schaltet die blaue Lampe.
b) Auch nach dem Vertauschen der Lampen schaltet der rote Schalter die rote und der blaue Schalter die blaue Lampe.

M.A.1.3 | Magische Glühlampen (124)

Einfach- und Doppelspalt.
a) Spalte mit kurzbrennweitigem Objektiv abbilden. Beide Spalte auf gleiche Spaltbreite einstellen. Durch Entfernen der Linse ist das Beugungsbild sichtbar.
b) Jetzt den einen Spalt schließen, das Beugungsbild betrachten und den Einfachspalt anschließend mit der Linse abbilden.

Siehe auch O.C.3.10 und O.C.3.11.

M.A.1.4 | Lichtaddition (125)

Ein kleiner und ein größerer Schaumstoffball (oder Sitzball/Gesundheitsball) werden zuerst aus gleicher Höhe fallengelassen. Danach werden die Bälle aufeinander gehalten und fallengelassen. Der kleine Ball erreicht im Idealfall ein Vielfaches seiner Ausgangshöhe.

Besonders beeindruckend ist der Fall von vier übereinander liegenden Flummis. Siehe M.E.3.1 „Superball“

M.A.1.5 | Kleiner und großer Ball übereinander (126)

Ist der kürzeste Weg auch der schnellste?
Eine Kugel kann auf zwei verschiedenen Bahnen, einer geraden oder einer Zykloidenbahn, ans Ziel gelangen.
Zur Demonstration lässt man auf den beiden Bahnen zwei gleiche Kugeln gleichzeitig losrollen.

M.A.1.6 | Brachistochrone (Kugelbahnen) (127)

Eine Powerpointpräsentation von Prof. Walther (2003)

M.A.1.7 | Optische Täuschungen (Powerpoint) (128)

Rotierende Holzscheibe mit versetzt angeordneten Kreisen, die einen dreidimensionalen Eindruck erzeugen.

M.A.1.9 | Optische Täuschungen (Sombrero) (130)

Gittertäuschung:
Auf den Kreuzungen, auf die man nicht gerade fokussiert, sieht man graue Flecken.

M.A.1.10 | Optische Täuschungen (Hermann-Gitter) (131)

Bildersammlung von Prof. Walther (2003)

Beispiel Szintillations-Gitter: In den weißen Kreisen an den Kreuzungen, auf die man nicht gerade fokussiert, scheinen kleine schwarze Punkte aufzublitzen.

M.A.1.12 | Optische Täuschungen (Bilder) (133)

Rotierende Holzscheibe mit schwarzen Streifen auf weißem Untergrund.
Je nach Drehrichtung der Scheibe entsteht ein Farbeindruck: rotbraun - grün - blau/schwarz.

M.A.1.13 | Optische Täuschungen (Farben) (134)

Rotierende Holzscheibe mit weißem Stern auf schwarzem Untergrund.
An den Sternspitzen entsteht der Eindruck eines dunklen und an den Sternfüßen eines hellen Streifens (Mach’sche Streifen).

M.A.1.14 | Optische Täuschungen (Mach’sche Streifen) (135)

Stroboskopische Beleuchtung der rotierenden Sternscheibe zur Bestimmung der Umdrehungsgeschwindigkeit.
Bei einem 6-zähligen Objekt, wie dem Stern, sieht man ein stehendes Bild, wenn Rotations- und Blitzfrequenz übereinstimmen, aber auch wenn ω(Blitz) = n/6∙ω(Objekt), wobei n eine ganze positive Zahl ist.

M.A.1.15 | Optische Täuschungen (Stroboskop) (136)

Zwei Würfelkörper aus Draht können um die Raumdiagonale gedreht werden, wobei eine gleichsinnige oder gegensinnige Drehrichtung möglich ist.
Aus der Nähe und bei direkter Draufsicht sind die unterschiedlichen Drehrichtungen deutlich zu erkennen. Aber in einer zweidimensionalen Projektion (mit der Kamera oder im Schattenwurf) erscheint die Drehrichtung immer gleichsinnig.

M.A.1.16 | Optische Täuschungen (Rotierende Drahtwürfel) (137)

Strahlungsintensität ist auch außerhalb des sichtbaren Bereichs nachweisbar.
Das weiße Licht einer Bogenlampe wird mit einem Prisma/Prismenspektrometer (siehe auch O.A.3.1) zerlegt und das Spektrum an die Wand projiziert. Mit einem weißen Blatt Papier oder einem mit Weißmacher gewaschenen Stoff kann das unsichtbare Ultraviolett, mit einer CCD-Kamera das Infrarot sichtbar gemacht werden.

M.A.1.17 | Spektrum einer Bogenlampe (138)

Eine im dunklen Hörsaal hell angestrahlte schwarze Fläche erscheint weiß.

Durchführung: 1. Bogenlampenlicht wird im beleuchteten Hörsaal auf weiße Fläche gerichtet. 2. Hörsaal wird vollkommen abgedunkelt. 3. Die weiße Fläche wird (unbemerkt) gegen eine schwarze Fläche ausgetauscht. 4. Bogenlampenlicht wird im dunklen Hörsaal auf die schwarze Fläche gerichtet. 5. Man schaltet die Hörsaalbeleuchtung wieder ein.

M.A.1.18 | Optische Täuschungen (Helligkeitswahrnehmung) (139)

Ein Hohlwürfel aus Messing, dessen eine Seite auf Hochglanz poliert und die gegenüberliegende Seite tiefschwarz matt ist, wird mit heißem Wasser (oder Eiswasser) gefüllt. Als Strahlungsmessanordnung dient eine Thermosäule (Thermoreihenelement), die an ein Demonstrationsmessgerät angeschlossen ist.
Nacheinander werden die blanke und die schwarze Seitenfläche zur Thermosäule gewendet.
Siehe auch O.F.1.3 und W.D.9.1.

M.A.1.19 | Leslie-Würfel (140)

= E.G.1.5
Meißner-Ochsenfeld-Effekt.
Ein Magnet schwebt über einem mit flüssigem Stickstoff gekühlten Hochtemperatursupraleiter.

M.A.1.20 | HTc-Supraleiter (I) (141)

= E.I.6.1
Mit einer Funkenstrecke und einem Tesla-Transformator wird eine hochfrequente Hochspannung erzeugt. Mit einer Metallspitze können Funkenstrecken von mehreren cm Länge erzeugt werden.
Es ist ungefährlich, die Metallspitze mit der Hand zum oberen Ende des Tesla-Transformators zu führen, da der Strom aus der Funkenstrecke über die Körperoberfläche abfließt. Der Finger kann gegen Verbrennungen mit einem Fingerhut geschützt direkt dem oberen Ende des Tesla-Transformators genähert werden.

Eine Leuchtstoffröhre leuchtet in die Nähe des Tesla-Transformators. Die Gasmoleküle in der Leuchtstoffröhre leuchten im elektrischen Feld der Hochspannungsentladung, also zwischen der Spitze des Tesla-Transformators und der Hand (Nullpotential), die die Röhre hält.

M.A.1.22 | Tesla-Transformator (143)

= M.I.4.4
Der Auftrieb eines Hausdaches (hier ein Pappkegel) im Luftstrom wird demonstriert.
Der Pappkegel kann an einer senkrechten Führungsstange auf- und abrutschen. Wird er von einem großen Ventilator angeblasen, hebt er unter dem Winddruck ab.

M.A.1.23 | Hausdach im Luftstrom (144)

= M.I.4.7
Der Luftstrom aus dem Kompressor tritt in der Mitte einer Aluscheibe aus. Er wird auf eine Karteikarte gerichtet. Bei genügend kleinem Abstand zwischen Karte und Scheibe wird die Karte angezogen.

M.A.1.24 | Hydrodynamisches Paradoxon (145)

= M.H.6.5
Die 1940 eröffnete Brücke stürzte schon im selben Jahr nach starken Torsionsschwingungen bei einem Sturm ein.

M.A.1.25 | Film: Tacoma-Bridge (146)

„Powers of Ten“ ist ein 9-minütiger Film von Charles und Ray Eames (1977), der sich auf eine Reise zwischen Quasaren und Quarks begibt und dabei die Zehnerpotenzen veranschaulicht.

M.A.1.26 | Film „Zehn hoch“ (147)

= O.A.3.7
Das Licht einer Hochleistungs-Leuchtdiode durchläuft einen teildurchlässigen Spiegel. Ein Teil der Strahls trifft direkt auf einen Detektor, der andere Teil wird von einem Tripelspiegel (Katzenauge) auf den Detektor reflektiert. Je nach Abstand des Tripelspiegels erhält man auf dem Oszilloskop zwei deutlich getrennte Peaks. Aus deren Abstand liest man die Zeit ab, die das Licht für diese Strecke benötigt. Daraus lässt sich die Lichtgeschwindigkeit in Luft als Quotient aus Laufweg und Laufzeit berechnen.

M.A.1.27 | Lichtgeschwindigkeitsmessung (402)

Eine Kettenfontäne entsteht als Folge des Mould-Effekts, wenn eine geeignete Kette (oder ein Seil) aus einem Gefäß oder von einer Unterlage nach unten gleitet. Das fallende Ende zieht die restliche Kette immer schneller nach und die Kette weitet sich zu einem Bogen.

M.A.1.28 | Kettenfontäne (904)

Der Wasserschlauch wird mit der Stahlzunge eines Schwingungsgenerators verbunden. Stimmt die Frequenz des Schwingungsgenerators mit der Aufnahmerate einer Kamera mehr oder weniger genau überein, so lassen sich interessante optische Effekte beobachten, die mit dem bloßen Auge nicht zu sehen sind. Durch Zuhilfenahme einer Stroboskoplampe können diese Effekte für das bloße Auge sichtbar gemacht werden.

M.A.1.29 | NEU 2021: Optische Täuschungen (Wasser) (916)

An dem Brett sind zwei gleiche Bahnen (Brachistochrone wie in Versuch M.A.1.31) nebeneinander befestigt. Man kann zwei Wagen erst aus derselben und danach aus unterschiedlichen Höhen fahren lassen. Wenn sie gleichzeitig losfahren, erreichen sie auch das Nullniveau gleichzeitig.
Es empfiehlt sich eine Zeitlupenaufnahme mit dem iPod.

M.A.1.30 | Tautochrone (941)

An dem Brett sind zwei Bahnen aus flexiblem Kunststoff befestigt. Die hintere Bahn soll als kürzeste Verbindung vom Anfangs- zum Endpunkt so gerade wie möglich sein. Die vordere Bahn ist gebogen. Sie hat die Form einer Brachistochrone und ist, wie der Name schon sagt, der schnellere Weg. Es empfiehlt sich eine Zeitlupenaufnahme mit dem iPod.
Die Wagen sind größer als die Kugeln im Versuch M.A.1.6 und daher besser zu sehen. Außerdem lässt sich auf einem Wagen auch ein Sensor montieren (siehe Video).

M.A.1.31 | Brachistochrone (Wagen) (940)

M.A.2 | Atome und Moleküle als Bausteine

M.A.3 | Wechselwirkungen

M.A.4 | Physikalische Größen und Einheiten

M.A.5 | Masse-Standard

M.A.6 | Stoffmenge „Mol“

M.A.7 | Zeit-Standard

M.A.8 | Winkel

M.A.9 | Längen-Standard

M.A.10 | Elektrische Stromstärke, Temperatur, Lichtstärke; (SI-Einheiten)

M.B | Bewegung von Massepunkten

M.C | Mechanik des Massepunktes

M.D | Energie und Energieerhaltung

M.E | Impuls und Impulserhaltung

M.F | Drehimpuls, Drehimpulserhaltung und Drehmoment

Eine Masse m am Faden, welcher über einen Drehsensor läuft, versetzt eine oder beide Scheiben des arretierten Kreisels, in eine beschleunigte Drehbewegung.
Das computerunterstützte Messwerterfassungssystem zeichnet die Winkelgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit auf.
Ziel des Versuchs kann auch die Bestimmung des Trägheitsmoments

I

sein.
Drehmoment

\vec{M} = I \cdot \vec{α} \Rightarrow

Winkelbeschleunigung

\vec{α} = \frac{\vec{r} \times \vec{F}}{I}

mit dem Spulenradius

\vec{r}

=22,5mm und der Gewichtskraft

\vec{F}

der beschleunigenden Masse m.

M.F.1.3 | Beschleunigte Drehbewegung (257)

M.G | Elastische Eigenschaften

M.H | Schwingungen

M.I | Flüssigkeiten

M.J | Wellen

= M.H.7.5 Variante A
Zwei Stimmgabeln:

f_{1} u n d f_{2} = f_{1} + Δ f

Δ f

variabel.
Die Schwebung ist hörbar und sichtbar auf dem Oszilloskop.

M.J.8.2 | Überlagerung zweier Wellen mit nahezu gleicher Frequenz (385)

Wellenwanne: Bei Wellenlängen, die mehr als 20 Mal so groß wie die Wassertiefe sind, spricht man von Flachwasserwellen. Bei ihnen hängt die Ausbreitungsgeschwindigkeit

c

nur von der Wassertiefe

H

ab, nicht jedoch von der Wellenlänge.

c \approx \sqrt{g \cdot H}

Man beobachtet die einlaufende ebene Welle und die gebrochene Welle. Zur Brechung wird die gelbe Glasplatte in die Wellenwanne gelegt. Sie verringert die Wassertiefe.

M.J.11.4 | Brechung von Wasserwellen (Wellenwanne) (392)

M.K | Relativistische Mechanik

O | Optik und Atomphysik

M = K o n s t . \cdot T^{4}

Untersucht wird die Strahlung einer Wolframwendel (Autoglühlampe).
Mit einem Strahlungsempfänger wird die Strahlungsleistung M der Glühwendel gemessen.

Neuere Fassung siehe O.F.2.3

O.F.2.2 | Stefan-Boltzmann’sches Strahlungsgesetz (alt) (804)

= W.D.9.9
Die Wärmestrahlung P einer Bremsleuchte wird als Funktion der Temperatur gemessen. Die Temperatur kann aus der Eichkurve T(U) entnommen werden. Die Lampe wird mit einer Dreiecksspannung betrieben. Eine Thermosäule misst die Strahlungsleistung. Das Signal (mV) wird verstärkt und über ein Interface mit dem PC registriert. Aufgetragen wird

P (T)

P (T^{4})

P (T)

auf, so kann man aus dem Fit

P = A \cdot T^{n} + B

den Exponenten n bestimmen. Übliche Werte sind 4<n<5. (Der Exponent ist meist größer als 4, da der Glaskolben selbst Wärmestrahlung nicht durchlässt und man damit bei niedrigen Temperaturen zu kleine Leistungen misst.)

O.F.2.3 | Stefan-Boltzmann’sches Strahlungsgesetz (neu) (805)

W | Wärmelehre

= W.A.6.7
Ein Glaskolben wird evakuiert und gewogen. Nach Öffnen des Ventils wird er nochmals gewogen. Bei bekanntem Volumen kann die Dichte der Luft ausgerechnet werden.

ρ_{L u f t} = 1, 2 \frac{g}{l}

W.A.1.13 | Dichte von Luft (13)

= W.A.1.13
Ein Glaskolben wird evakuiert und gewogen. Nach Öffnen des Ventils wird er nochmals gewogen. Bei bekanntem Volumen kann die Dichte der Luft ausgerechnet werden.

ρ_{L u f t} = 1, 2 \frac{g}{l}

W.A.6.7 | Dichte von Luft (41)

= O.F.2.2
Neuere Fassung siehe O.F.2.3

M = K o n s t . \cdot T^{4}

Untersucht wird die Strahlung einer Wolframwendel (Autoglühlampe).
Mit einem Strahlungsempfänger wird die Strahlungsleistung M der Glühwendel gemessen.

W.D.9.5 | Stefan-Boltzmann’sches Strahlungsgesetz (alt) (115)

= O.F.2.3
Die Wärmestrahlung P einer Bremsleuchte wird als Funktion der Temperatur gemessen. Die Temperatur kann aus der Eichkurve T(U) entnommen werden.
Die Lampe wird mit einer Dreiecksspannung betrieben. Eine Thermosäule misst die Strahlungsleistung. Das Signal (mV) wird verstärkt und über ein Interface mit dem PC registriert.
Aufgetragen wird

P (T)

P (T^{4})

P (T)

auf, so kann man aus dem Fit

P = A \cdot T^{n} + B

den Exponenten n bestimmen. Übliche Werte sind 4<n<5. (Der Exponent ist meist größer als 4, da der Glaskolben selbst Wärmestrahlung nicht durchlässt und man damit bei niedrigen Temperaturen zu kleine Leistungen misst.)

W.D.9.9 | Stefan-Boltzmann’sches Strahlungsgesetz (II) (119)