Experimentelle Bestimmung der Gravitationskonstante Facharbeit im Leistungskurs Physik
Experimentelle Bestimmung der Gravitationskonstante Facharbeit im Leistungskurs Physik Bearbeitender Schüler: Felix Burkhard Betreuender Lehrer: Herr Dr. Theysohn 09. 03. 2011 1 © Felix Burkhard 2011
Experimentelle Bestimmung der Gravitationskonstante Gliederung: 1. Einleitung 2. Versuchsaufbau 3. Versuchsdurchführung 4. Herleitung der benötigten Formel für G 5. Filmsequenz 6. Berechnung von G 2 © Felix Burkhard 2011
1. Einleitung Die folgende Powerpoint-Präsentation beschäftigt sich mit der Bestimmung der Gravitationskonstante mithilfe der Gravitationsdrehwaage, die vom englischen Physiker Henry Cavendish (1731 -1810) eigens für diese Problematik entwickelt wurde. Er war es auch, der 1798 erstmals das Experiment durchführte und somit die Gravitationskonstante zum ersten Mal auch durch ein terrestrisches Experiment bestimmen konnte. Bei dem Cavendish-Versuch wird die Strecke, mit der sich eine kleine Bleikugel infolge der Massenanziehung auf eine große Bleikugel zubewegt, durch die Projektion eines von einem Spiegel auf eine Wand reflektierten Laserstrahls dargestellt. Mit diesen Messwerten kann dann eine Formel hergeleitet werden, mit der man die Gravitationskonstante bestimmen kann. Das Ziel dieser Präsentation soll also sein, die Gravitationskonstante mithilfe der Gravitationsdrehwaage experimentell zu bestimmen. 3 © Felix Burkhard 2011
2. Versuchsaufbau 4 © Felix Burkhard 2011
2. Versuchsaufbau Große Bleikugel in Stellung I Spiegel an vertikal aufgespanntem Torsionsdraht befestigt Kleine Bleikugel an T-Träger befestigt in Gehäuse in Stellung I Lichtquelle (hier: Laserstrahl) T-Träger mit zwei kleinen Bleikugeln auf beiden Seiten; an Torsionsdraht befestigt 5 © Felix Burkhard 2011
Lichtquelle (hier: Laser) Gravitationsdrehwaage Überblick über den Versuchsaufbau © Felix Burkhard 2011 Wand 6
Projektion auf die Wand Laserstrahl bzw. –punkt auf dem Maßband an der Wand gegenüber der Gravitationsdrehwaage 7 © Felix Burkhard 2011
Schematischer Aufbau Stellung II Endlage 1 Endlage 2 8 © Felix Burkhard 2011
3. Versuchsdurchführung 9 © Felix Burkhard 2011
Kugeln in Stellung I 10 © Felix Burkhard 2011
Drehen der Kugeln von Stellung I in Stellung II 11 © Felix Burkhard 2011
Kugeln in Stellung II 12 © Felix Burkhard 2011
4. Herleitung der benötigten Formel für G 13 © Felix Burkhard 2011
Abbildung 1: Größenverhältnisse im Versuchsaufbau 14 © Felix Burkhard 2011
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Abbildung 2: Maße und Gewichte 19 © Felix Burkhard 2011
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© Felix Burkhard 2011 Abbildung 3: Zeit-Positions-Diagramm 21
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5. Filmsequenz In der nun folgenden Filmsequenz ist ein Ausschnitt der Schwingung des Laserstrahlpunktes um die 2. , neue, Endlage bildlich dokumentiert. Die Aufgabe ist es nun, alle 30 Sekunden Werte für die Position des Mittelpunkts des Laserstrahls abzulesen, die Werte dann in einem Zeit-Positions-Diagramm auf Millimeterpapier darzustellen und daraus (anhand der zeitlichen Differenz der Minima) die Schwingungsdauer T zu bestimmen! 23 © Felix Burkhard 2011
5. Filmsequenz 24 © Felix Burkhard 2011
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Abbildung 4: Kräfteverhältnisse Burkhard 2011 in der© Felix Drehwaage 27
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