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
- 1Stelle die Länge l der Flüssigkeitssäule ein. Sie wird längs der Rohrmitte von Oberfläche zu Oberfläche gemessen.
- 2Stelle die Amplitude ein und tippe „Loslassen“. Nach zwei Durchgängen zeigt die Lichtschranke die Periodendauer T, oder stoppe selbst zehn Perioden.
- 3Ändere Flüssigkeit und Querschnitt. Ändert sich T?
- 4Miss T für mindestens fünf Längen und übernimm die Werte in die Tabelle. Erst dann die Ausgleichsgerade zeigen.
- 5Wähle „Planet X“ und bestimme dort die Fallbeschleunigung.
Lichtschranke: T
–,––– s
Länge der Säule
0,80 m
Länge der Säule l
0,80 mFlüssigkeit
Querschnitt A
2,0 cm²Amplitude x
8 cmOrt
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 m | Periodendauer T in s |
|---|
Die Rechnung
Aufträge
- 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?
- Ändere den Querschnitt auf das Vierfache. Was passiert mit D, mit m und mit T?
- 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?
- Bestimme g aus der Steigung von T² über l. Wie groß ist die Abweichung vom Wert 9,81 ms²?
- Wie ändert sich T, wenn du die Amplitude verdoppelst? Was sagt das über die Schwingung?
- Bestimme g auf Planet X. Löse erst danach auf.
Theorie: Schwingungs-Skript, Abschnitt „Flüssigkeit im U-Rohr“.