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Versuchsdurchführung
a) Schnur über Umlenkrollen
Eine Schnur ist über zwei Umlenkrollen geführt. An den beiden Enden der Schnur, sowie in der Mitte, befinden sich Haken, um Gewichte zu befestigen.
Es werden nun Gewichte an den drei Haken angehängt, sodass diese im pythagoreischen Verhältnis zu einander stehen.
\(m_{links}^2 + m_{rechts}^2=m_{mitte}^2\)
Es wird nun gezeigt, dass unabhängig von dem Ansatzpunkt der mittleren Kraft, der Winkel der Fäden zwischen den Umlenkrollen, immer 90° beträgt.
b) Federwaagen in Sternform
Zwei Federwaagen werden an der Magnettafel in einem Winkel von jeweils 60° zueinander angeordnet. Wenn die dritte Federwaage angehängt wurde und frei hängt, werden die oberen Federwaagen genullt. Anschließend wird die dritte Federwaage nach unten gezogen, bis die beiden oberen Federwaagen jeweils eine Kraft von 0,5N anzeigen. Die untere Federwaage zeigt nun eine Kraft von 0,86N an. Dabei gilt:
\(F=2 \cdot F_{1,2} \cdot cos( 30^{\circ } ) = 2 \cdot 0,5N \cdot cos(30^{\circ }) = 0,86N\)
c) Kräfte an Wäscheleine
An einer Drehfederwaage ist eine Leine befestigt. Die Leine wird über ca. 50 cm abgerollt und das freie Ende an der Magnetwand fixiert. Die Federwaage wird in dieser Position genullt und anschließend wird ein 100g Gewicht in der Mitte der Leine angehängt.
Dabei ergibt sich für die wirkenden Kräfte folgender Zusammenhang:
\(F_1 =F_2 = \frac{F_g}{2\cdot sin(\alpha )}\approx \frac{F_g \cdot l}{2d}\)
d) Schiefe Ebene
An einer verstellbaren schiefen Ebene ist eine Federwaage angebracht, an welche ein 500g Gewicht angehängt wird. Eine Skala mit Senklot dient dabei als Winkelmesser.
Es kann nun die Hangabtriebskraft für verschiedene Winkel der schiefen Ebene bestimmt werden, um sie mit der erwarteten Kraft zu vergleichen.
\(F_H=F_g \cdot sin(\alpha )\)