Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Untersuche, überlege, forsche: Rollende Körper 21.1 Lass eine Vollwalze und eine Hohlwalze mit gleicher Masse und gleichem Radius über eine schiefe Ebene rollen ( 21.1 ). Wiederhole den Versuch mit einem Ping- pongball und einem etwa gleich großen Superball (Flummy). E 2 a) Welcher Körper ist schneller? Erkläre das Ergebnis des Versuches! Argu- mentiere mit dem Energiesatz! W 2 b) Wiederhole den Versuch mit zwei verschieden großen Superbällen. Überle- ge, welche Rolle die Massen bzw. die Radien spielen?  d Übersetzungsschema Translation – Rotation Im Rückblick sieht man, dass die Formeln der Drehbewegung eine ähnliche Gestalt haben wie jene der Translationsbewegung. Dies zeigt die folgende Tabelle. Translationsbewegung Rotationsbewegung Weg s Winkel φ = s _ r Geschwindigkeit v = ∆ s _ ∆ t Winkelgeschwindigkeit ω = ∆ φ _ ∆ t Beschleunigung a = ∆ v _ ∆ t Winkelbeschleunigung α = ∆ ω _ ∆ t Masse m Trägheitsmoment I Bewegungsgleichung, Kraft F = m · a Bewegungsgleichung, Drehmoment M = I · α Kinetische Energie E K = 1 _ 2 m · v 2 Rotationsenergie E rot = 1 _ 2 I · ω 2 Impuls p = m · v Drehimpuls L = I · ω Kraftstoß F ·∆ t = ∆ p Drehmomentstoß M ·∆ t = ∆ L Leistung P = F · v Leistung P = M · ω Außer Masse, Trägheitsmoment, Energie und Leistung sind alle Größen Vekto- ren. Wir beschränken uns hier auf eindimensionale lineare Bewegungen bzw. Drehungen um eine einzige Achse.  2.2 Die Erhaltung des Drehimpulses Wichtige Größen für die Rotation eines starren Körpers konnten wir in Analogie zur Translation finden. Auch für den Impuls æ p = m æ v gibt es eine analoge Größe, den Drehimpuls . Unter dem Drehimpuls æ L eines rotierenden Körpers versteht man das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit: æ L = I · æ ω​ Der Drehimpuls ist ein Vektor und zeigt in Richtung der Winkelgeschwindigkeit. Einheit: kg · m 2 /s Mit einigen einfachen Experimenten wollen wir den Drehimpuls kennen lernen: Experiment: Drehimpuls 1 21.1 E 1 Setze dich auf einen Drehschemel. Nimm zwei Hanteln und breite die Arme mit den Hanteln weit aus. Ein Helfer soll nun den Stuhl vorsichtig in Rotation ver- setzen. Ziehe nun die Arme rasch heran. Was beobachtest du? Strecke die Arme wieder aus. Was stellst du fest? Wie erklärst du die Beobachtung? ( 21.3 ) Ergebnis des Experiments: Die Winkelgeschwindigkeit wird größer, wenn du die Arme heranziehst. Sie wird wieder kleiner, wenn du die Arme ausstreckst und da- durch das Trägheitsmoment größer wird. Vollzylinder Hohl- zylinder v 1 v 2 21.1 Abrollen von Vollwalze und Hohlwalze: Beim Rollen kommt es auf das Trägheits- moment an. 21.2 Pirouette einer Eiskunstläuferin: Drehungen um die eigene Achse steuert die Läuferin durch Änderungen ihres Trägheits- moments. 21.3 Experiment – Drehimpuls 1. 21 | MECHANIK 2 Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv