Ball auf einer Rampe: Energie auf einer reibungslosen Steigung

1 · Vorhersagen

Auf einer reibungsfreien Rampe werden jeweils ein schwererer und ein leichterer Ball auf gleicher Höhe aus der Ruhe gebracht. Wer kommt schneller unten an?

• Der schwerere Ball erreicht den Boden schneller.
• Beide Kugeln erreichen den Boden mit der gleichen Geschwindigkeit.
• Der leichtere Ball erreicht den Boden schneller.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie die Preset „Neigung“. Beachten Sie den Neigungswinkel der Rampe sowie die Masse der Kugel und ihre Starthöhe über der Basis der Rampe.
2. Stellen Sie mit dem Eigenschaften-Panel die Masse des Balls und den Winkel der Rampe für diesen Versuch ein und notieren Sie die vertikale Starthöhe des Balls über der Basis der Rampe.
3. Führen Sie die Simulation durch und zeichnen Sie die Geschwindigkeitsmessung des Balls (Sonde) auf, sobald er das Ende der Rampe erreicht.

3 · Daten sammeln

Zeichnen Sie die Geschwindigkeit am unteren Ende der Rampe (y-Achse) gegen die Starthöhe (x-Achse) für Ihre drei Versuche auf. Ist die Beziehung eine gerade Linie?

4 · Auswerten

1. Berechnen Sie für jede Zeile 1/2 m v^2 anhand Ihrer gemessenen Geschwindigkeit am unteren Ende. Vergleichen Sie ihn mit der Spalte Gravitations-PE. Was fällt Ihnen auf?
2. Ihre drei Versuche verwenden unterschiedliche Rampenwinkel. Ändert allein die Änderung des Winkels bei gleicher Starthöhe die Endgeschwindigkeit? Verwenden Sie die Energieerhaltung, um zu erklären, warum oder warum nicht.

5 · Vertiefen

1. Ihre Gravitations-PE-Säule hängt von der Masse ab, die gemessene Endgeschwindigkeit jedoch nicht. Erklären Sie, warum ein schwererer Ball auf einer reibungslosen Rampe nicht schneller den Boden erreicht als ein leichterer.
2. Eine echte Rampe weist eine gewisse Reibung auf, und auch ein echter rollender Ball muss beim Rollen einen Teil seiner Energie für die Drehung aufwenden. Würden Sie erwarten, dass die Endgeschwindigkeit eines echten Balls höher oder niedriger ist als Ihre Reibungsvorhersage? Warum?

Die Physik hinter diesem Experiment

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