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Drehstuhlversuche

Allgemein

Anhand verschiedener, unter "Durchführung" näher beschriebenen Möglichkeiten, auf Ruhe und Rotation des Drehstuhls Einfluss zu nehmen, kann die Gültigkeit des Drehimpulserhaltungssatzes demonstriert werden.A5501bild01.jpg

Bilder

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Versuchsaufbau

 

 

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Video

Durchführung

Material:

Drehstuhl (Hörsaal Vorbereitungsraum)
Rad auf Ständfuß (Hörsaal Vorbereitungsraum)
Hanteln (Hörsaal Vorbereitungsraum)
 

Durchführung:

1.

Die auf dem Drehstuhl sitzende Person hält mit horizontal ausgestreckten Armen Gewichte und wird von einer zweiten Person in Rotation versetzt.
Zieht die Person die Arme nun eng an den Körper, verkleinert sie damit das Trägheitsmoment in Bezug auf die Drehachse, was zu einer Erhöhung der Drehgeschwindigkeit führt, da der Drehimpuls erhalten bleiben muss. Werden die Arme wieder horizontal ausgestreckt, so verringert sich die Drehgeschwindigkeit wieder auf den ursprünglichen Betrag.


2.

Die Person auf dem Drehstuhl hält ein schweres Rad (Fahrradfelge mit Eiseneinlage 5kg), dessen Achse vertikal steht. Versetzt die Person das Rad in rasche Umdrehung, so erhält der Drehstuhl mit der daraufsitzenden Person einen Drehimpuls mit umgekehrtem Vorzeichen, welcher das System Stuhl, Rad und Person in Umdrehung versetzt. Dreht die Person die Achse des Rades um 180 Grad, so kehrt sich seine Rotationsrichtung um. Dreht die Person die Achse des Rades um 90 Grad, so bleibt der Drehstuhl mit Person in Ruhe. Bremst die Person das Rad ab, bleiben Rad und Stuhl zur gleichen Zeit stehen, da beide Drehimpulse Null werden und der Gesamtdrehimpuls des Systems, der vor dem Versuch Null war, konstant bleiben muss.


3.

Gibt man der auf dem ruhenden Drehstuhl sitzenden Person das bereits in Rotation befindliche Rad mit vertikal gerichteter Achse, so bleiben Drehstuhl und Person in Ruhe, weil der Drehimpuls von außen übergeben wurde.
Dreht die Person die Achse des Rades in eine zur Drehstuhlachse senkrechte Stellung, ist zwar der Drehimpuls in Bezug auf die Drehstuhlachse Null, da aber das System vorher einen Drehimpuls besaß, müssen jetzt wegen der Drehimpulserhaltung Drehstuhl und Person den Drehimpuls beibehalten bzw. sich in dieselbe Richtung drehen wie zuvor das Rad. Dreht man das Rad weiter, also um 180 Grad gegen die Anfangsstellung, so hat sich der
Drehimpuls von L nach - L, also um 2L geändert und das System Drehstuhl - Person rotiert nun mit der doppelten Geschwindigkeit. Dreht man das Rad in seine Anfangsstellung zurück, kommen Drehstuhl und Person wieder zum Stillstand.
 

Hinweise:

Den Drehstuhl nicht in zu schnelle Rotation versetzen!

Dokumente

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#tags

A 55.1, Stuhl, Bürostuhl, Drehstuhl, Masse, Gewichte, Drehung, Rotation, Rotationsgeschwindigkeit, Impulserhaltung
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