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Physik-LK · Skript PL1 · Schwingungen

Flüssigkeit im U-Rohr

Drückt man die Flüssigkeit in einem U-Rohr auf einer Seite um x nach unten, steht sie auf der anderen um x höher. Das Gewicht der überstehenden Säule der Höhe 2x zieht die ganze Säule zurück, die Kraft ist proportional zu x: Die Flüssigkeit schwingt harmonisch. Wovon hängt die Periodendauer ab?

So gehst du vor

  1. 1Stelle die Länge l der Flüssigkeitssäule ein. Sie wird längs der Rohrmitte von Oberfläche zu Oberfläche gemessen.
  2. 2Stelle die Amplitude ein und tippe „Loslassen“. Nach zwei Durchgängen zeigt die Lichtschranke die Periodendauer T, oder stoppe selbst zehn Perioden.
  3. 3Ändere Flüssigkeit und Querschnitt. Ändert sich T?
  4. 4Miss T für mindestens fünf Längen und übernimm die Werte in die Tabelle. Erst dann die Ausgleichsgerade zeigen.
  5. 5Wähle „Planet X“ und bestimme dort die Fallbeschleunigung.
Lichtschranke: T
–,––– s
Länge der Säule
0,80 m

Länge der Säule l

0,80 m

Flüssigkeit

Querschnitt A

2,0 cm²

Amplitude x

8 cm

Ort

Zeit für 10 Perioden stoppen

Stoppuhr
0,00 s

Messung: T² über l

Im Diagramm: T² über l. Aus T² = 2π²g · l folgt g aus der Steigung. Beim Wechsel des Orts beginnt die Tabelle neu.

Nr.Länge l in mPeriodendauer T in s
0,00,20,40,60,81,01,20,00,51,0l in mT² in s²

Die Rechnung

Aufträge

  1. Miss T für l = 0,80 m mit Wasser, Ethanol und Quecksilber. Warum ändert sich fast nichts, obwohl Quecksilber über 13-mal so schwer ist?
  2. Ändere den Querschnitt auf das Vierfache. Was passiert mit D, mit m und mit T?
  3. Zeige, dass F proportional zu x ist, und leite T = 2π · √(l2g) her. Vergleiche mit einem Fadenpendel: Wie lang muss ein Fadenpendel sein, damit es gleich schnell schwingt?
  4. Bestimme g aus der Steigung von T² über l. Wie groß ist die Abweichung vom Wert 9,81 ms²?
  5. Wie ändert sich T, wenn du die Amplitude verdoppelst? Was sagt das über die Schwingung?
  6. Bestimme g auf Planet X. Löse erst danach auf.

Theorie: Schwingungs-Skript, Abschnitt „Flüssigkeit im U-Rohr“.

Üben in minærva noctua

Fragen und Aufgaben zu den passenden Abschnitten im Skript:

Einordnen in minærva tela

Worauf das aufbaut und wohin es führt: