• Verschiedene Arbeitsblätter Physik
  • MevludinCajic
  • 05.12.2023
  • Physik
  • 7
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Un­ge­nau­ig­keit bei phy­si­ka­li­schen Mes­sun­gen

In der Phy­sik sind Mes­sun­gen nie ab­so­lut genau, da sie von ver­schie­de­nen Fak­to­ren wie In­stru­men­ten, Um­welt­be­din­gun­gen und mensch­li­chen Feh­lern be­ein­flusst wer­den.



Daher ist es wich­tig, diese Un­si­cher­hei­ten zu er­ken­nen und mit ihnen um­zu­ge­hen. Das be­deu­tet, dass wir oft mit ge­mes­se­nen Wer­ten ar­bei­ten, die eine ge­wis­se Un­si­cher­heit oder Ge­nau­ig­keits­be­reich haben."

Schwin­gungs­dau­er bzw. Pe­ri­oden­dau­er T

Die Schwin­gungs­dau­er oder Pe­ri­oden­dau­er , ist die Zeit­span­ne, die be­nö­tigt wird, um eine Schwin­gung einer pe­ri­odi­schen Be­we­gung oder eines pe­ri­odi­schen Vor­gangs ab­zu­schlie­ßen.



Die Pe­ri­oden­dau­er wird nor­ma­ler­wei­se in Se­kun­den [s] ge­mes­sen.

Wer­den n voll­stän­di­ge Schwin­gun­gen in der Zeit aus­ge­führt, so gilt: .

Schwin­gungs­zahl bzw. Fre­quenz f

Die Schwin­gungs­zahl bzw. Fre­quenz be­zeich­net, be­schreibt die Wie­der­ho­lung eines pe­ri­odi­schen Vor­gangs (z.B. einer Schwin­gung) in­ner­halb einer be­stimm­ten Zeit.



Die Fre­quenz f wird als Kehr­wert der Pe­ri­oden­dau­er T be­stimmt: .

Die Ein­heit der Fre­quenz ist 1 Hertz (Hz): .

1
Ein Pen­del voll­führt in 2 Mi­nu­ten 150 Schwin­gun­gen.
  • Be­rech­ne die Schwin­gungs­dau­er T und Fre­quenz f des Pen­dels.
  • Was ist die An­zahl an Schwin­gun­gen an einem Tag?
Lösung1
  • T=0.8 s
    f=1.25 HZ
  • Erinnerung: .
    .

Schwin­gungs­dau­er bzw. Pe­ri­oden­dau­er T Aus­führ­li­cher

Die Schwin­gungs­dau­er oder Pe­ri­oden­dau­er, als be­zeich­net, ist die Zeit­span­ne, die be­nö­tigt wird, um einen voll­stän­di­gen Zy­klus oder eine Schwin­gung einer pe­ri­odi­schen Be­we­gung oder eines pe­ri­odi­schen Vor­gangs ab­zu­schlie­ßen.

Es ist die Zeit, die ver­geht, bis sich ein sich wie­der­ho­len­des Phä­no­men in sei­nen An­fangs­zu­stand zu­rück­kehrt oder einen vol­len Um­lauf durch­läuft.

Die Pe­ri­oden­dau­er wird nor­ma­ler­wei­se in Se­kun­den [s] ge­mes­sen.

Wer­den n voll­stän­di­ge Schwin­gun­gen in der Zeit aus­ge­führt, so gilt: .

Laut­stär­ke und Am­pli­tu­de, Ton­hö­he und Fre­quenz

Lau­ter Ton - Lei­ser Ton

Be­ob­ach­tung:

Hoher Ton - Tie­fer Ton

Be­ob­ach­tung:

Laut­stär­ke und Am­pli­tu­de, Ton­hö­he und Fre­quenz

Lau­ter Ton - Lei­ser Ton

Be­ob­ach­tung:

Hoher Ton - Tie­fer Ton

Be­ob­ach­tung:

Merke

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Merke

Je grö­ßer die Am­pli­tu­de, desto lau­ter ist der Ton.

Je grö­ßer die Fre­quenz, desto höher ist der Ton

Auf­ga­be 1:

Die 4 Schwingungsbild-​Typen

Ton:

Ton:

Ge­räusch:

Ge­räusch:

Klang:

Knall:

Klang:

Knall:

Be­ob­ach­tung: Bei einem Ton schwingt die Schall­quel­le gleich­mä­ßig.

Ein Klang er­scheint auf dem Schirm als von hö­he­ren Tönen über­la­ger­ter Grund­ton.

Bei einem Ge­räusch schwingt die Schall­quel­le un­re­gel­mä­ßig.

Bei einem Knall schwingt sie kurz, aber hef­tig.

Auf­ga­be 2: Die Schwin­gun­gen I und II wer­den Si­nus­schwin­gung (sin) bzw. Ko­si­nus­schwin­gung ge­nannt. Die Über­la­ge­rung der Schwin­gung I und II wird in wel­cher Skiz­ze ge­zeigt?
1
  • Ein Kind lässt einen Stein von einem 60 m hohem Turm fal­len. Nach ei­ni­ger Zeit trifft der Stein auf den Boden. Be­rech­ne diese Zeit­span­ne.
  • Ein an­de­res Kind lässt einen Stein in eine dunk­le Fels­spal­te fal­len und man sieht nach sechs Se­kun­den den Auf­prall. Be­rech­ne die Tiefe der Spal­te.
2
Firda (45kg) und Max (60 kg) ste­hen auf einem Zehn-​Meter-Turm und dis­ku­tie­ren:
  • Wie lange dau­ert es, bis man unten an­kommt? Be­rech­ne.
  • Wie schnell ist man dann? Be­rech­ne.
Lösung1
a)
b)
Lösung2
Firda (45kg) und Max (60 kg) ste­hen auf einem Zehn-​Meter-Turm und dis­ku­tie­ren:
a)
b)
1
  • Ein Kind lässt einen Stein von einem 60 m hohem Turm fal­len. Nach ei­ni­ger Zeit trifft der Stein auf den Boden. Be­rech­ne diese Zeit­span­ne.
  • Ein an­de­res Kind lässt einen Stein in eine dunk­le Fels­spal­te fal­len und man sieht nach sechs Se­kun­den den Auf­prall. Be­rech­ne die Tiefe der Spal­te.
2
Firda (45kg) und Max (60 kg) ste­hen auf einem Zehn-​Meter-Turm und dis­ku­tie­ren:
  • Wie lange dau­ert es, bis man unten an­kommt? Be­rech­ne.
  • Wie schnell ist man dann? Be­rech­ne.
1
  • Ein Kind lässt einen Stein von einem 60 m hohem Turm fal­len. Nach ei­ni­ger Zeit trifft der Stein auf den Boden. Be­rech­ne diese Zeit­span­ne.
  • Ein an­de­res Kind lässt einen Stein in eine dunk­le Fels­spal­te fal­len und man sieht nach sechs Se­kun­den den Auf­prall. Be­rech­ne die Tiefe der Spal­te.
2
Firda (45kg) und Max (60 kg) ste­hen auf einem Zehn-​Meter-Turm und dis­ku­tie­ren:
  • Wie lange dau­ert es, bis man unten an­kommt? Be­rech­ne.
  • Wie schnell ist man dann? Be­rech­ne.
Be­ant­wor­tung der Fra­gen

Be­ant­wor­te die Fra­gen kurz in ei­ge­nen Wor­ten.

1. Vi­deo­auf­nah­me

Auf­ga­be: Be­nut­ze dein Handy und nimm ein Video von einer Fall­be­we­gung auf, z.B. den Fall eines Balls. Achte dar­auf, dass du für die Aus­wer­tung spä­ter eine Re­fe­renz­hö­he hast, z.B. deine ei­ge­ne Kör­per­grö­ße. Was muss voll­stän­dig im Video zu sehen sein? Lass dir von

dei­nem/-r Part­ner/-in hel­fen.



Falls du kein Video hast: Lade dir das Video Video-​Freier_Fall-​Lehrer.mp4 her­un­ter und be­nutz­te das zur Aus­wer­tung. (mög­li­che Re­fe­renz­hö­hen: Kör­per­grö­ße Herr Cajic; Höhe Rote Tür)

2. Vi­deo­ana­ly­se

  • Über­tra­ge dein Video auf den Com­pu­ter und lade es in das Videoanalyse-​Programm.
  • Ka­li­brie­re deine Höhe im Pro­gramm zur ge­mes­se­nen Re­fe­renz­hö­he in dei­nem Video.
  • Ver­folg (Track) nun dei­nen Ge­gen­stand zeit­lich und stell es in Daten dar!
    Du kannst das ma­nu­ell ma­chen oder au­to­ma­tisch (Au­to­track). Wähl den zu ver­fol­gen­den Be­reich sorg­fäl­tig aus.
    Musst du für das Ex­pe­ri­ment dein gan­zes Video tra­cken?
  • Stel­le alle not­wen­di­gen Daten in einer Ta­bel­le dar!
    Wel­che Daten müss­test du auf­neh­men bzw. be­rech­nen, um die fol­gen­den Auf­ga­ben zu be­wäl­ti­gen?
  • Er­stel­le das -, - und -​Diagramm!
  • In­ter­pre­tie­re die drei Dia­gram­me!
    Was sagen Sie jetzt schon über un­se­re Fall­be­schleu­ni­gung aus? Ist sie kon­stant?
  • Be­stim­me den Wert von aus dem s(t)- und v(t)-​Diagramm!
    Du kannst dabei ent­we­der deine ge­mes­se­nen Daten und/oder die Dia­gram­me ver­wen­den (Tipp: Stei­gung im v(t)-​Diagramm).
    Wel­chen Wert be­kommst du her­aus? Ver­glei­che ihn mit dem Orts­fak­tor g !
  • (Bonus: Schick dir selbst die Er­geb­nis­se der Aus­wer­tung und die Dia­gram­me auf Iserv zu.)

Übung zum Seh­vor­gang

1
Ent­schei­de, in wel­cher der Skiz­zen der Be­ob­ach­ter, dar­ge­stellt durch das Auge, die Blume sehen kann und in wel­chen nicht. Be­grün­de deine Ent­schei­dung.
2
Schon im Al­ter­tum mach­ten sich Na­tur­for­scher wie zum Bei­spiel PY­THA­GO­RAS (ca. 570-480 v.u.Z.) oder PTO­LE­MÄ­US (ca. 100-160 n.u.Z.) Ge­dan­ken dar­über, wie wir Men­schen die Welt um uns herum über­haupt sehen kön­nen. Die un­te­ren Ani­ma­ti­o­nen zei­gen ver­schie­de­ne Vor­stel­lun­gen vom Seh­vor­gang.
* Grund­schü­ler, wie Lisa in der 3.Klas­se, sagen oft „Licht macht hell“ (Abb. 1 Lisa).
* 11-13 jäh­ri­ge Schü­ler:innen, wie Akin aus der 7.Klas­se, sagen manch­mal „Licht er­mög­licht den Ge­gen­stand zu sehen, weil es den Ge­gen­stand be­leuch­tet (Abb. 2 Akin).
* PY­THA­GO­RAS er­klär­te sich den Seh­vor­gang fol­gen­der­ma­ßen: Vom Auge gehen heiße
Seh­strah­len" aus, die von den kal­ten Kör­pern dann „zu­rück­ge­drängt“ wer­den (Abb. 3 PY­THA­GO­RAS).
* PTO­LE­MÄ­US ver­mu­te­te zwei­er­lei Strah­len, durch deren Zu­sam­men­wir­ken das Sehen erst mög­lich wird – die Seh­strah­len, die vom Auge aus­ge­hen, und die Licht­strah­len, die von Licht­quel­len aus­ge­hen (Abb 4 PTO­LE­MÄ­US).

Er­läu­te­re zu jeder der vier Vor­stel­lun­gen (Abb 1 bis 4), was an ihr zwar rich­tig, warum sie aber nicht voll­stän­dig ist. Gib z.B. je­weils eine Si­tu­a­ti­on an, in der diese Vor­stel­lung nicht funk­ti­o­nie­ren kann.
Abb. 1 Lisa (3.Klas­se)
Abb. 2 Akin (7.Klas­se)
Abb. 3 PY­THA­GO­RAS
Abb. 4 PTO­LE­MÄ­US

Quel­len: https://www.lei­fi­phy­sik.deoptiklicht­aus­brei­tung

Lö­sun­gen: Übung zum Seh­vor­gang

Lösung1
Ent­schei­de, in wel­cher der Skiz­zen der Be­ob­ach­ter, dar­ge­stellt durch das Auge, die Blume sehen kann und in wel­chen nicht. Be­grün­de deine Ent­schei­dung.
Damit der Mensch die Blume sehen kann, muss Licht von der Lampe auf die Blume und dann von der Blume in das Auge tref­fen. Des­halb ist nur der Vor­schlag c rich­tig. Die Vor­schlä­ge a, und d sind falsch, da hier kein Licht in das Auge trifft, son­dern nur Seh­strah­len vom Auge aus­ge­hen. Das ist in Wirk­lich­keit nicht der Fall. Vor­schlag b ist falsch, da das Licht nicht auf die Blume trifft. Der Be­ob­ach­ter könn­te nur die Lampe sehen. Vor­schlag e ist eben­falls falsch, da zwar Licht auf die Blume, aber kein Licht von der Blume in das Auge trifft.
Lösung2
zu Abb. 1.1 Lisa: Rich­tig ist, dass Licht nötig ist, um einen Ge­gen­stand sehen zu kön­nen. Aber das Licht muss auf den Ge­gen­stand, den man sehen will, auch fal­len, und man muss auch in Rich­tung des Ge­gen­stan­des bli­cken, um ihn sehen zu kön­nen.

zu Abb. 1.2 Akin: Rich­tig ist, dass Licht auf den Ge­gen­stand, den man sehen will, auch fal­len muss. Aber man muss auch in Rich­tung des Ge­gen­stan­des bli­cken, um ihn sehen zu kön­nen.

zu Abb. 1.3 PY­THA­GO­RAS: Rich­tig ist, dass man in die Rich­tung eines Ge­gen­stan­des bli­cken muss, um ihn sehen zu kön­nen. Aber man be­nö­tigt auch Licht zum Sehen, denn sonst könn­te man ja auch im Dun­keln sehen.

zu Abb. 1.4 PTO­LE­MÄ­US: Rich­tig ist, dass man in die Rich­tung eines Ge­gen­stan­des bli­cken muss, um ihn sehen zu kön­nen, und dass Licht auf den Ge­gen­stand, den man sehen will, auch fal­len muss. Aber noch nie­mand konn­te Seh­strah­len, die vom Auge aus­ge­hen, be­ob­ach­ten. Eine Ka­me­ra sen­det be­stimmt keine Seh­strah­len aus; trotz­dem kann man mit ihr Bil­der auf­neh­men.
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