Freier Fall – im Schülerexperiment
(aus dem Physikunterricht Grundkurs Physik Jahrgang 11)
Wenn nur die Zeitmessung nicht so schwierig wäre, …
… ja dann könnte man den freien Fall einer Kugel schon untersuchen, um z. B. den Zusammenhang zwischen Fallweg und Fallzeit herauszufinden.
Schülerinnen und Schüler des Grundkurses Physik 11. Jg. bewiesen im Rahmen eines Experimentalvortrags, wie sich mit Hilfe des Computers die Zeitmessung doch recht genau bewerkstelligen lässt.
Dazu wurden zwei verschiedene Methoden genutzt.
Methode 1: Aufnahme des Fallvorgangs mit einer Videokamera.
Der Fall wurde mit einer Videokamera gefilmt. Der Film wurde nachher im Einzelbildmodus betrachtet. Pro Einzelbild vergehen genau 0,04 s, denn die Kamera nimmt 25 Bilder pro Sekunde auf. Damit war eine recht präzise Zeitmessung in 0,04 s Intervallen möglich.
Die Schülerinnen ließen die Kugel vor einem mit gefilmtem Meterstab fallen. Somit war auch der Fallweg der Kugel in jedem Bild dokumentiert und ablesbar.
Methode 2: Zeitmessung mit Hilfe der Soundkarte.
Der Fallkörper war diesmal eine Münze. Sie wurde aus einer Ausklinkvorrichtung fallen gelassen. Diese bestand aus einer einfachen Holzklammer deren Klammerenden mittels Heftzwecken und Klingeldraht an einen Stromkreis mit einem Summer angeschlossen waren.
Solange sich die Münze zwischen den Klammerenden befand war der Summer in Betrieb und der Ton wurde mit einem Mikrofon vom Computer aufgenommen und grafisch dargestellt.
Hier fand das Freeware - Programm Audacity Verwendung. Die Fallhöhe konnte mit einem Metermaßstab gemessen werden.
Mit dem Ausklinken brach der Summton ab, was sich im Audiodiagramm deutlich erkennen lässt. Erst beim Aufschlagen auf die Unterlage wird vom Mikrofon wieder ein Geräusch angezeigt.
Die Zeit der Ruhephase entspricht mit großer Genauigkeit der Fallzeit. Allerdings muss man mit dieser Methode den Versuch für verschiedene Fallhöhen wiederholen, bevor man eine Messreihe zusammengetragen hat.
Besonders bemerkenswert ist die Eigeninitiative und besondere Engagement der Schülerinnen und Schüler bei der Entwicklung der Versuchsanordnung, der Durchführung des Versuchsreihe und Auswertung der Ergebnisse.