Der Versuch wurde durchgeführt von: Leon Kasperek und Jules Pourtawaf
Die Wiki-Seite wurde angelegt am: 11 Januar 2021 00:39

In den Berechnungen werden die folgenden Formeln von nöten sein.
Für das rücktreibende Drehmoment D Formel 1: \begin{align} D=-D_{R}\cdot \varphi\\ \end{align} Formel 2: \begin{align} I\ddot{\varphi}=-D_{R}\cdot \varphi\\ \end{align} die harmonische Schwingung Formel 3: \begin{align} \varphi(t)=\varphi_{0}\cdot cos\omega t\\ \end{align} die Kreisfrequenz der Schwingung Formel 4: \begin{align} \omega=\sqrt{\frac{D_{R}}{I}}\\ \end{align} aus der Elastizitätstheorie folgt Formel 5: \begin{align} D_{R}=\frac{\pi}{2}\frac{G \cdot r^4}{L} \end{align}

mit D: rücktreibendes Drehmoment, $\omega$: Kreisfrequenz, G: Torsionsmodul des Materials, r: Radius des Drahtes, L: Länge des Drahtes

0. Berechnen Sie aus der Kreisfrequenz die Schwingungsdauer T.
Es gilt: $T= \frac{2 \cdot \pi}{f}$, woraus folgt: $T=\frac{2\pi}{\sqrt{\frac{\pi \cdot G \cdot r^4}{2 \cdot L \cdot I}}}$.

1. Welche Anfangsbedingungen führen auf die Lösung (3)?
Wenn man die DGL löst, erhält man als Ergebnis: $\varphi(t) = A sin (wt) + B Cos (wt)$
Damit wir unser Ergebnis erhalten, müssen folgende Anfangsbedingungen gelten: $\varphi (0) = \varphi_{0}$ und $\varphi (\frac{I \cdot n \cdot \pi}{N}) = 0$

2. In welchen Einheiten werden D, $D_{R}$, I, $\varphi$ gemessen?

3. Setzen Sie Gl. (3) in Gl.(2) ein und beweisen Sie damit die Beziehung für $\omega$.
$I \phi_0 w^2 cos(wt) = D_r \phi_0 cos(wt)$
$I w^2 = D_r$
$w^2 = \frac{D_r}{I}$
$w = \sqrt{\frac{D_r}{I}}$

4. Wie kann man ein Drehmoment experimentell bestimmen? Man muss dabei die länge des Hebels und den Winkel der darauf wirkenden Kraft, sowie den Betrag der Kraft messen. Nun kann man nach $D = r \cross F$ das Drehmoment berechnen.

5. Auf das System wirke ein Drehmoment D. Wie groß ist die Arbeit $dW$, wenn das System um $d\varphi$ gedreht wird? Welche Änderung an Rotationsenergie entspricht dem? Benutzen Sie den Energiesatz, um mit diesen Beziehungen die Gl.(2) zu zeigen.

6. Wie lautet der Steinersche Satz? Welche physikalische Aussage benötigen Sie zu seinem Beweis?

Im folgenden werden wir darlegen wie wir unsere Messungen durchgeführt haben und unsere Messreihen anschließend darstellen.

Messreihe für den Besen mit einer Stablänge von l=(120+-1)cm. Als unsicherheit für den Winkel geben wir 5° an, die Unsicherheit für die Zeit schätzen wir auf 0,3s.

Numerisch bestimmte Werte für den Besen mit einer Stablänge von l=(120+-1)cm.

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