Untersuche, überlege, forsche: Rollende Körper 25.1 Lass eine Vollwalze und eine Hohlwalze mit gleicher Masse und gleichem Radius über eine schiefe Ebene rollen (25.1). Wiederhole den Versuch mit einem Tischtennisball und einem etwa gleich großen Superball (Flummy). E3 a) Welcher Körper ist schneller? Erkläre das Ergebnis des Versuches! Argumentiere mit dem Energieerhaltungssatz! W4 b) Wiederhole den Versuch mit zwei verschieden großen Superbällen. Überlege, welche Rolle die Massen bzw. die Radien spielen? 2.2 Die Erhaltung des Drehimpulses Die Beschreibung der Drehbewegung von starren Körpern erfolgt mittels der Größen Winkelgeschwindigkeit, Trägheitsmoment und Drehmoment analog zu den Größen Geschwindigkeit, Masse und Kraft der linearen Bewegung. Die zum Impuls → p = m· → v analoge Größe ist der Drehimpuls. Unter dem Drehimpuls → L eines rotierenden Körpers versteht man das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit: → L = I· → ω Der Drehimpuls ist ein Vektor und zeigt in Richtung der Winkelgeschwindigkeit. Mit einigen einfachen Experimenten wollen wir den Drehimpuls näher erforschen. Überlege dir bereits vor Durchführung der Experimente, welche Ergebnisse bei deiner Untersuchung herauskommen könnten. Notiere deine Überlegungen zuvor in deinem Heft und führe die Experimente dann durch. Vergleiche anschließend deine Überlegungen und Beobachtungen mit den Erklärungen auf der nächsten Seite. Experiment: Drehimpuls 1 25.1 E3 Setze dich auf einen Drehschemel. Nimm zwei Hanteln und breite die Arme mit den Hanteln weit aus. Bitte jemanden, den Stuhl vorsichtig in Rotation zu versetzen. Ziehe nun die Arme zu dir heran. Was beobachtest du? Strecke die Arme wieder aus. Was stellst du fest? Wie erklärst du die Beobachtung (25.3)? Experiment: Drehimpuls 2 25.2 E3 Setze dich auf einen Drehschemel und halte die Achse eines Rades lotrecht. Schemel und Rad befinden sich zunächst in Ruhe. Der Drehimpuls des Systems ist null, da ω = 0 ist. Greife nun in die Speichen des Rades und versetze es in rasche Drehung. Was stellst du fest? Bremse das Rad ab. (Tipp: Verwende ein Tuch, damit die Hand nicht darunter leidet!) Was stellst du jetzt fest? Experiment: Drehimpuls 3 25.3 E3 Setze dich auf einen Drehschemel. Lass dir ein rotierendes Rad mit lotrechter Achse geben. Der Schemel bleibt dabei in Ruhe. Bremse das Rad ab. Was geschieht (25.4)? Experiment: Drehimpuls 4 25.4 E3 Setze dich auf einen Drehschemel. Lass dir ein rotierendes Rad mit lotrechter Achse geben. Kippe das Rad um 180 Grad. Was geschieht? 25.1 Abrollen von Vollwalze und Hohlwalze: Beim Rollen kommt es auf das Trägheitsmoment an. Vollzylinder Hohlzylinder v1 v2 v m p ω L v m p ω L Impuls Drehimpuls Der Impuls beschreibt die Bewegung eines Körpers bei der Translation. Der Drehimpuls beschreibt die Bewegung eines Körpers bei der Rotation. Der Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit und ist eine vektorielle Größe. Der Drehimpuls ist das Produkt aus Trägheitsmoment und Winkelgeschwindigkeit und ist eine vektorielle Größe. 25.2 Vergleich Impuls und Drehimpuls 25.3 Experiment – Drehimpuls 1 25.4 Experiment – Drehimpuls 3 L L 25 Mechanik II 2 Drehimpuls Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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