Physik-Experimente zum Nachmachen

Experimente sind in der Physik das wichtigste Mittel, um eine physikalische Theorie zu untermauern.

Hier sind einige Vorschläge für die praktische Arbeit. Einige sind vollständige Untersuchungen. Andere sind kürzere Übungen, um dir zu helfen, deine experimentellen Fähigkeiten zu entwickeln.

Ein Zeitungsblatt untersuchen

Briefwaage mit Feder

Plane und führe Experimente durch, um Folgendes zu untersuchen:

  1. die Dicke eines Zeitungsblatts
  2. die Masse eines Zeitungsblatts
  3. Die Dichte des Zeitungspapiers

Überlege dir zunächst Folgendes:
Wenn ein einzelnes Blatt zu dünn ist, um die Dicke genau zu messen, wie kann man die Messgenauigkeit verbessern?


Hand zieht feuchtes Tuch aus der Box

Feucht oder trocken?

Der Hersteller einer bekannten Marke von Papiertüchern behauptet, dass das Gewebe seiner Tücher nass wie trocken genauso fest ist. Hat der Hersteller recht? Plane und führe eine Untersuchung durch, um diesen Anspruch zu überprüfen.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Was ist mit der "Festigkeit" eines Gewebes gemeint? Benötigst du ein ganzes Papiertuch? Wie kannst du beim Vergleich von mehreren Papiertüchern sicherstellen, dass der Test wissenschaftlich korrekt ausgeführt wird?


Fein oder grob?

Grobes Sandpapier ("Schleifpapier") dringt tiefer und schneller in eine Holzoberfläche ein als feines Sandpapier. Aber erzeugt es auch mehr Reibung? Plane und führe Experimente durch, um dies herauszufinden.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Wie kann man die Reibungskraft messen, wenn Sandpapier auf Holz reibt? Wie kann man das Sandpapier gegen das Holz drücken? Wird die Kraft, mit der das Sandpapier gegen das Holz gedrückt wird, das Ergebnis beeinflussen?


Pendel

Schaubild eines Pendels

Die Zeit, die ein Pendel benötigt, um eine vollständige Schwingung auszuführen, nennt man Periode. Diese kann von folgenden Faktoren abhängen: der Masse des Pendelgewichts, der Amplitude (Größe) der Schwingung und der Länge der Pendelschnur.

Plane und führe eine Untersuchung durch, um herauszufinden, welche Faktoren die Periode eines Pendels beeinflussen.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Die Periode deines Pendels wird höchstens ein paar Sekunden betragen. Wie kannst du die Zeit einer Schwingung genau bestimmen? Wie kann man die Größe der Schwingung messen?

Anmerkung:
Vergewissere dich, dass das obere Ende der Pendelschnur fest sitzt, damit es an dieser Stelle keine Bewegung gibt.

Weiterhin:
Finde heraus, wie sich die Periode eines Pendels mit der vierfachen Länge der Pendelschnur ändert. Gibt es einen einfachen Zusammenhang zwischen der Länge der Pendelschnur und der Periode? Gilt dieser mögliche Zusammenhang auch für andere Längen, beispielsweise der fünffachen Länge der Pendelschnur?


Briefwaage mit Feder

Gummi statt Feder?

Ein Unternehmen will eine günstige Federwaage für das Wiegen von Briefen vermarkten. Der Designer schlägt vor, dass man - um Geld zu sparen - anstelle einer Feder ein Gummiband verwenden könnte. Der Techniker sagt, dass dies keine Gute Idee wäre, da Gummibänder ihre Länge und "Elastizität" verändern, sobald sie viele Male gestreckt werden. Hat der Techniker recht? Plane und führe eine Untersuchung durch, um es herauszufinden.


Balkenwaage (Illustration)

Ermitteln der Masse

Plane und führe ein Experiment mit einer Balkenwaage durch, um die Masse eines Steins (oder eines anderen Körpers) zu ermitteln. Du darfst aber keine Waage mit einer Skala verwenden. Und du darfst keine Gegengewichte von weniger als 50 g Masse verwenden.

Danach:
Plane und führe Messungen durch, um eine viel kleinere Masse zu bestimmen - etwa die eines Kugelschreibers oder Bleistifts. Diesmal kannst du auch Gegengewichte mit einer Masse bis zu 5 g verwenden.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Dein ursprünglicher Aufbau des Experiments ist wahrscheinlich nicht empfindlich genug, um eine kleine Masse zu messen. Kann der Versuchsaufbau in irgendeiner Weise verändert werden, um die Messgenauigkeit empfindlicher zu machen?


Springender Ball

Tischtennisschläger und Tischtennisball

Einige Tischtennisbälle haben mehr "Sprungkraft" als andere. Plane und führe eine Untersuchung durch, um die Sprungeigenschaften zweier Tischtennisbälle zu vergleichen.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Was ist mit "Sprungeigenschaft" gemeint? Was musst du messen?


Fallschirm

Fallschirmdesign

Das Bild zeigt einen einfachen Modellfallschirm. Plane und führe eine Untersuchung durch, um herauszufinden, ob es einen Zusammenhang zwischen dem Design des Fallschirms und der Geschwindigkeit gibt, mit der er zu Boden gleitet.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Form und Fläche sind zwei mögliche Merkmale des Designs. Wirst du beide Merkmale untersuchen? Wie kannst du die Geschwindigkeit, mit der der Fallschirm zu Boden gleitet, ermitteln?


Doppel-Glasscheibe

Doppelverglasung

In kühlen Ländern baut man Häuser mit Fenstern aus Doppelverglasung, weil zwei Glasscheiben, zwischen denen sich Luft befindet, die Wärme schlechter leiten als nur eine Glasscheibe. Reduziert eine Doppelverglasung also den Energieverlust eines Hauses? Plane und führe eine Untersuchung durch, um dies herauszufinden.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Wie kann man für ein Experiment zwei Glasscheiben mit Luft dazwischen zusammenbringen? Was kannst du als Wärmequelle nehmen? Wie kannst du feststellen, ob der Wärmefluss mit einer Doppelglasscheibe im Vergleich mit einer einzelnen Glasscheibe reduziert wird?


Salz auf Eis

Im Winter wird oft Salz auf die Straßen gestreut, um Eis und Schnee zu schmelzen. Reines Eis hat einen Schmelzpunkt von 0 ° C. Das Hinzufügen von Salz zu Eis beeinflusst den Schmelzpunkt.

Plane und führe Experimente durch, um herauszufinden, wie sich der Schmelzpunkt von Eis beim Zumischen von Salz verändert. Finde heraus, ob ein Zusammenhang zwischen dem Schmelzpunkt und der Salzkonzentration im Eis besteht. (Die Konzentration kann in Gramm Salz pro cm3 Eis ermittelt werden.)

Überlege dir zunächst Folgendes:
Wie stellst du sicher, dass das Salz und das Eis richtig vermischt sind? Wie kannst du den Schmelzpunkt messen?

Ein Streufahrzeug streut im Winter Salz auf die Straße
Ein Streufahrzeug streut im Winter Salz auf die Straße, damit Eis und Schnee schmelzen und das Autofahren sicherer wird

Hand mit Stimmgabel

Schallgeschwindigkeit

In der Abbildung hält jemand eine vibrierende Stimmgabel über einen Messzylinder. Die Schallwellen wandern den Zylinder hinab und bringen die Luft zum Schwingen. Wenn die Höhe der Luftsäule genau ein Viertel der Wellenlänge des Schalls beträgt, sind die Luftschwingungen am stärksten und erzeugen den lautesten Ton. Dieser Effekt wird Resonanz genannt.

Die Schallgeschwindigkeit ist durch diese Gleichung mit der Frequenz und der Wellenlänge verknüpft:

$\mathrm {Schallgeschwindigkeit \ (\frac {m}{s}) \ = \ Frequenz \ (Hz) \ \cdot \ Wellenlänge \ (m)}$

Plane und führe anhand der obigen Informationen eine Untersuchung durch, um die Schallgeschwindigkeit in der Luft des Messzylingers zu ermitteln.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Da ein Messzylinder eine feste Höhe hat, wie veränderst du die Höhe der Luftsäule im Messzylinder?


Scheinbare Tiefe

Jemand schaut ins Becherglas

Wenn man auf einen Nagel am Boden eines mit Wasser gefüllten Glases schaut, wird das Licht, das vom Nagel kommt, gebrochen. Infolgedessen sieht das Wasser weniger tief aus, als es wirklich ist, und der Nagel erscheint näher an der Wasseroberfläche.

Plane und führe ein Experiment durch, um die scheinbare Tiefe des Wassers im Glas zu ermitteln.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Wenn du einen Nagel im Wasser betrachtest, dann ist es ein Abbild des Nagels, das du siehst. Wie kannst du die Position dieses Abbildes herausfinden? Könnte man eine ähnliche Methode anwenden, um die Position eines Bildes in einem Spiegel zu ermitteln?


Jemand schaut ins Becherglas

Zwei Paare oder ein Paar?

Manche behaupten, dass zwei Paar Socken wärmer sind als ein Paar. Aber verringert ein zusätzliches Paar den Verlust von Energie (Wärme) wirklich? Plane und führe eine Untersuchung durch, um dies herauszufinden. (Du brauchst keine warmen Füße als Wärmequelle!)

Überlege dir zunächst Folgendes:
Wie kann man herausfinden, ob ein Objekt schneller Wärme verliert als ein anderes?


Bildgröße und Entfernung

Schaubild 1

Platziere ein helles Objekt in einiger Entfernung von einer konvexen Linse und du erhältst ein scharfes Bild auf einem Schirm. Wenn du das Objekt näher an die Linse bewegst, ändert sich sowohl die Größe als auch die Position des Abbildes. Dann musst du den Schirm verschieben, um wieder ein scharfes Abbild zu erhalten.

Gibt es einen Zusammenhang zwischen der Größe des Abbildes und seiner Entfernung von der Linse? Plane und führe eine Untersuchung durch, um dies herauszufinden.

Ein Streufahrzeug streut im Winter Salz auf die Straße

Strom-Spannungs-Untersuchungen

Plane und führe Experimente durch, um herauszufinden, wie der Stromfluss durch die folgenden Objekte von der Spannung abhängt:

  1. Nickel-Chromdraht bei konstanter Temperatur
  2. Glühfaden einer Glühbirne
  3. Halbleiterdiode

Überlege dir zunächst Folgendes:
Wie wirst du die Spannung an jedem Objekt verändern und den Strom messen? Welche Überprüfungen musst du durchführen, um sicherzustellen, dass der Strom durch jedes Objekt sicher ist und keine Schäden verursacht?


Einen Widerstand herstellen

Ein Widerstand wird verwendet, um die Spannung und den Strom in elektronischen Schaltungen auf dem richtigen Niveau zu halten.

Stelle mit Nickel-Chrom-Draht einen Widerstand von 5 $\Omega$ her.

Überlege dir zunächst Folgendes:
Wie beeinflusst die Länge des Drahtes seinen Widerstand? Wie wird der Widerstand berechnet? Welche Schaltung wirst du verwenden, um den Test durchzuführen? Wie kannst du aus den Messungen ersehen, wie viel Draht du benötigst?


Thermistor

Thermistoruntersuchung

Thermistoren haben einen Widerstand, der stark von der Temperatur abhängt. Sie können daher als Temperatursensoren verwendet werden. Plane und führe ein Experiment durch, um herauszufinden, wie der Widerstand eines Thermistors zwischen 0 ° C und 100 ° C variiert

Überlege dir zunächst Folgendes:
Wie wirst du die Temperatur des Thermistors ändern und steuern? Wie kannst den Widerstand des Thermistors messen? Wie stellst du sicher, dass deine Schaltung den Thermistor nicht aufheizt?


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