Gegenkräfte: Newtons zweites Gesetz und Dynamik
1 · Vorhersagen
Ein sich nach rechts bewegender Block wird durch eine konstante Kraft in die entgegengesetzte Richtung gezogen. Was passiert mit seiner Bewegung im Laufe der Zeit?
- Es wird langsamer und bleibt dauerhaft stehen
- Es wird langsamer, stoppt und beschleunigt dann die Bewegung in die entgegengesetzte Richtung
- Es wird kurz abgebremst und dann mit konstant reduzierter Geschwindigkeit weitergefahren
2 · Aufbauen
- Öffnen Sie die Gegenkräftesimulation und drücken Sie Zurücksetzen.
- Aktivieren Sie die Geschwindigkeitssonde am Block.
- Stellen Sie für jeden Versuch die Anfangsgeschwindigkeit des Blocks ein, drücken Sie „Play“, pausieren Sie bei t = 4 s mithilfe der Zeitleiste und zeichnen Sie den Geschwindigkeitswert auf.
3 · Daten sammeln
| Masse m (kg) | Anfangsgeschwindigkeit v₀ (m/s) | Gegenkraft F (N) | Anfangsimpuls p = mv (kg·m/s) | Geschwindigkeit bei t = 4 s (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 4.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 6.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 8.00 | 2.00 |
Tragen Sie die Geschwindigkeit bei t = 4 s (y-Achse) gegen die Anfangsgeschwindigkeit v₀ (x-Achse) auf.
4 · Auswerten
- Zeigen Sie Ihren Rechenweg zur Berechnung des Anfangsimpulses p = mv für einen Versuch.
- Sagen Sie unter Verwendung von a = F/m die Geschwindigkeit des Blocks bei t = 4 s für jeden Versuch voraus und vergleichen Sie sie mit Ihrer Tabelle. Bewegt sich der Block immer noch in seiner ursprünglichen Richtung, ruht er momentan oder bewegt er sich rückwärts?
5 · Vertiefen
- Wenn sich die Masse des Blocks verdoppeln würde, während die Gegenkraft gleich bleibt, würde es dann länger oder kürzer dauern, bis er anhält? Erklären Sie mit F = ma.
- Auch echte Blöcke, die auf einer echten Oberfläche gleiten, spüren Reibung. Würde die Reibung dazu führen, dass der Block früher oder später stoppt, als diese idealisierte Simulation vorhersagt?
Die Physik hinter diesem Experiment
Schwung
Die Masse und die Anfangsgeschwindigkeit des Blocks bestimmen seinen Impuls, bevor die Gegenkraft wirkt.
Newtons zweites Gesetz
Die konstante Gegenkraft geteilt durch die Masse ergibt die konstante Verzögerung des Blocks, die ihn verlangsamt, anhält und schließlich umkehrt.