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physikalischen Gesetze der Kinematik und Dynamik in
Schülerübungen und Praktika.
Eine kleine Drehscheibe mit Winkelskala trägt eine
Querstange (Hantelstange) zur Halterung von Massen.
Die Drehscheibe lagert auf einem Luftpolster und
erlaubt so fast reibungsfreie Drehbewegungen, wobei
die Drehachse durch eine Zentrierung vorgegeben ist.
Über eine Umlenkrolle und eine Stufenrolle wird mit
einer Schnur das Gewicht der eingehakten Antriebs-
masse übertragen.
Dank der Reibungsarmut reichen sehr geringe Dreh-
momente zum Auslösen der Drehbewegungen, so dass
der Einfluss der Trägheit der beschleunigenden Masse
auch beim kleinsten Trägheitsmoment des Systems
unter einem Promille liegt. Außerdem können die sich
über mehrere Sekunden erstreckenden Drehbewegun-
gen mühelos mit bloßem Auge und einer Handstopp-
uhr quantitativ erfasst werden.
Für präzise Messungen ist der Einsatz eines Digitalzäh-
lers möglich, der durch die Start/Stopp-Einheit gestar-
tet und bei Nulldurchgang durch das Signal eines
Laserreflexsensors gestoppt wird.
Der Luftstromerzeuger des luftgelagerten Drehsystems
U8405680-115 ist für eine Netzspannung von 115 V
(±10 %) ausgelegt, der im Gerätesystem U8405680-230
für 230 V (±10 %).
Experimente zur Untersuchung von reibungsfreien
Drehschwingungen und zur Untersuchung von rei-
bungsfreien Drehbewegungen mit einer großen Dreh-
scheibe ermöglicht der Ergänzungssatz zum luftgela-
gerten Drehsystem U8405690.
3. Lieferumfang
1 Drehlagereinheit
1 Drehscheibe mit Hantelstange
1 Stufenrolle
1 Start/Stopp-Einheit
3 S-Haken (2x 1 g, 1x 2g)
1 Satz Zusatzmassen (2x 12,5 g, 2x 25 g, 2x 50 g)
1 Luftstromerzeuger mit Steckernetzgerät
1 Silikonschlauch mit Hahn
1 Umlenkrolle
1 Stativrohr, lang
1 Stativrohr, kurz
1 Stativstange, 250 mm
1 Nivellierscheibe
1 Rolle Nähgarn
4. Technische Daten
Winkelskala:
Skalenteilung:
Länge der Hantelstange:
Radien des Lochrasters:
Schrittweite des Lochrasters:
Radien der Stufenrolle:
Trägheitsmoment der Dreh-
scheibe mit Hantelstange:
Max. Trägheitsmoment:
Min. Antriebsdrehmoment:
Max. Antriebsdrehmoment:
5. Allgemeine Grundlagen
In Analogie zur Newton'schen Bewegungsgleichung
für Translationsbewegungen gilt: Ein drehbar gelager-
ter starrer Körper mit dem Trägheitsmoment J erfährt
die Winkelbeschleunigung α, wenn das Drehmoment
= J
α ⋅
(1)
M
.
angreift. Wirkt ein konstantes Drehmoment, so voll-
zieht der Körper eine Drehbewegung mit gleichmäßi-
ger Winkelbeschleunigung.
Der Körper dreht sich in der Zeit t um den Winkel
1
ϕ
=
α ⋅
t ⋅
(2)
2
Daraus folgt für die Winkelbeschleunigung α
ϕ ⋅
2
α
=
(3)
2
t
und
π
α
=
(4)
bei
2
t
Das Drehmoment M resultiert aus der Gewichtskraft
einer beschleunigenden Masse m
zur Drehachse am Körper angreift.
=
⋅
(5)
M
r
m
M
M
m
g =
9
,
81
: Fallbeschleunigung
2
s
Bringt man auf der Hantelstange des Drehsystems
zusätzlich zwei Massen m
Drehachse an, so vergrößert sich das Trägheitsmo-
ment gemäß
=
+
⋅
⋅
2
(6)
J
J
2
m
r
0
J
J
J
: Trägheitsmoment ohne Zusatzmassen
o
2
0 – 360°
1°
ca. 440 mm
30 – 210 mm
20 mm
5 / 10 / 15 mm
ca. 0,9 g m
ca. 7,1 g m
ca. 0,05 mN m
ca. 0,60 mN m
2
.
ϕ 90
=
°
, die im Abstand r
M
⋅
g
in festem Abstand r
J
2
2
M
zur
J
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