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| Autor |
  Kugelstoßpendel und Schallgeschwindigkeit |
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trunx
Senior 
Dabei seit: 16.08.2003
Mitteilungen: 2867
Wohnort: Berlin
 |  Themenstart: 2011-08-30
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Hallo Forum,
ich beschäftige mich grad mit Möglichkeiten der Schallgeschwindigkeitsmessung in unterschiedlichen Medien und hatte für feste Körper (insbesondere Metalle) folgende Idee:
Man wandle das Kugelstoßpendel (Newton-Wiege) wie folgt ab - man hat rechts und links je eine (identische) Stahlkugel und in der Mitte einen Stab aus dem zu untersuchenden Material, z.B. einen Stahlstab. Wenn dieser und bspw. die rechte Kugel in Ruhe und in Kontakt sind, so sollte doch, wenn jetzt die linke Kugel gegen das linke Ende des Stabes pendelt, die rechte Kugel wegfliegen, oder?
Desweiteren gehe ich davon aus, dass Impuls und Energie mit Schallgeschwindigkeit (also als Schallwelle) durch den Stab rauschen. Ist das so korrekt?
Bei Metallen kann man sich nun denken, dass die anstoßende Kugel eine Stoppuhr beginnen läßt zu laufen, während die wegfliegende Kugel diese Uhr wieder stoppt, woraus sich dann die Schallgeschwindigkeit relativ leicht ermitteln ließe (vorausgesetzt die Uhr ist genau genug). Weiß jemand, ob es dieses Experiment so oder so ähnlich gibt, z.B. als Schulexperiment? Und wo man dann darüber etwas mehr erfahren könnte?
vielen Dank erstmal
trunx
[ Nachricht wurde editiert von trunx am 30.08.2011 11:49:51 ]
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lula
Senior 
Dabei seit: 17.12.2007
Mitteilungen: 11550
Wohnort: Sankt Augustin NRW
 | Beitrag No.1, eingetragen 2011-08-30
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Hallo
Theoretisch klingt das gut, praktisch hast du Zeiten unterhalb 1ms bei Ausdehnungen im Laborbereich. Also gibts den Versuch in der Schule nicht, da man ja c auch leicht über stehende Wellen messen kann, mit viel weniger Aufwand.
bis dann lula
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trunx
Senior
Dabei seit: 16.08.2003
Mitteilungen: 2867
Wohnort: Berlin
| Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2011-08-30
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Hallo lula,
vielen Dank erstmal. Ja, das geht ziemlich fix, hab ich mir auch schon gedacht... ich hab halt über ein Experiment nachgedacht, dass auch funktioniert, wenn man den Zusammenhang zwischen Schallgeschwindigkeit, Frequenz und Wellenlänge noch nicht kennt. Insbesondere wo die Geschwindigkeit praktisch selbst gemessen wird.
Lieber würde ich die Zeit indirekt messen, was weiß ich, kurz ne Lampe aufleuchten lassen und die Lichtmenge messen oder so was. Da fällt mir ein, irgendwie ging doch so etwas: für eine kurze Zeit die Blende auf, standardisierte Lichtmenge rein und Grauwert mit der Gradationskurve vergleichen (bei Film), etwas äquivalentes wird es doch bestimmt auch mit Fotozelle geben.
naja, muss ich nochmal nachdenken
bye trunx
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DrStupid
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Dabei seit: 07.03.2011
Mitteilungen: 928
 | Beitrag No.3, eingetragen 2011-08-30
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\quoteon(2011-08-30 15:07 - lula in Beitrag No. 1)
Theoretisch klingt das gut, praktisch hast du Zeiten unterhalb 1ms bei Ausdehnungen im Laborbereich.
\quoteoff
Für Computer ist das eine Ewigkeit. Ich halte das für eine genial einfache Idee, die sich auch ohne übermäßigen Hard- und Softwareaufwand umsetzen lassen sollte.
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DrStupid
Senior 
Dabei seit: 07.03.2011
Mitteilungen: 928
| Beitrag No.4, eingetragen 2011-08-30
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\quoteon(2011-08-30 20:02 - trunx in Beitrag No. 2)
für eine kurze Zeit die Blende auf, standardisierte Lichtmenge rein und Grauwert mit der Gradationskurve vergleichen
\quoteoff
Das müsste aber eine verdammt schnelle Blende sein. Weil Du außerdem noch eine Elektronik bräuchtest, die das Ganze steuert, wäre es doch wesentlich praktischer, auch die Zeit elektronisch zu messen, anstatt noch Mechanik, Optik und/oder Schlimmeres dazwischen zu setzen. Die Zeit ließe sich dann aus den Spannungen vor und nach dem Experiment ermitteln. Wer es bequem mag, kann auch einen Taktgeber und einen Zähler verwenden. Der würde das Ergebnis direkt anzeigen. Das erfordert dann aber schon etwas mehr Lötarbeit und wegen der kurzen Zeiträume ist das auch nicht ganz trivial. Am besten sollte es mit einem Computer gehen. Da reduziert sich die zusätzliche Elektronik im einfachsten Fall auf ein paar Drähte und Widerstände.
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trunx
Senior 
Dabei seit: 16.08.2003
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Wohnort: Berlin
| Beitrag No.5, vom Themenstarter, eingetragen 2011-08-30
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@drstupid: wie meinst du das mit dem Computer?
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DrStupid
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Dabei seit: 07.03.2011
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| Beitrag No.6, eingetragen 2011-08-30
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\quoteon(2011-08-30 23:13 - trunx in Beitrag No. 5)
@drstupid: wie meinst du das mit dem Computer?
\quoteoff
Meine erste Idee wäre die Verwendung des Parallelports. Den könnte man direkt mit der Versuchsanordnung verkabeln (z.B. beide Kugeln mit jeweils einem Eingang und den Stab mit der Masse). Als Betriebssystem würde ich DOS verwenden (weil man da direkten Zugriff auf die Hardware hat) und die Zeitmessung würde ich mit Assembler programmieren (weil das so schön schnell ist). Das Programm müsste ständig den Port abfragen. Sobald das erste Bit umkippt, wird ein Zähler gestartet und wenn das zweite Signal eingeht, wird der Zähler wieder gestoppt. Dann muss der Zählerstand nur noch mit der Taktzeit des Zählers multipliziert werden und schon hat man die Zeit.
Ob das in der Praxis funktioniert, kann ich zwar nicht mit Sicherheit sagen, aber prinzipiell sollte der Parallelport eine Auflösung von einer Mikrosekunde schaffen und das würde für die Messung der zu erwartenden Zeiten im Bereich von einigen hundert Mikrosekunden reichen.
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trunx
Senior
Dabei seit: 16.08.2003
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| Beitrag No.7, vom Themenstarter, eingetragen 2011-08-31
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Hallo und guten Morgen,
ich hab darüber auch nochmal nachgedacht, könnte ein gangbarer Weg sein. Allerdings muss man beachten, dass die Schallgeschwindigkeit in Stahl z.B. 5400 m/s ist, d.h. wenn so ein Stab max. 50cm lang ist (eher noch kürzer), läuft das auf Werte von einigen 10 Mikrosekunden hinaus.
Ok, das klingt alles schon mal gut, aber leider habe ich von so etwas Null Ahnung, daher würde ich mich freuen, wenn wir vllt zusammen das Teil basteln :-)
Ich werde dazu erstmal das Kugelpendel ummodeln. Wo genau ist denn der Parallelport an einem normalen Laptop z.B.? Früher waren das doch die Druckerports, ich hab jetzt aber nur USB-Anschlüsse, aber die heißen ja universal serial bus...
na mal sehen
bye trunx
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trunx
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| Beitrag No.8, vom Themenstarter, eingetragen 2011-08-31
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für die Einzelheiten der Zeitmessung siehe hier
bye trunx
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trunx hat die Antworten auf ihre/seine Frage gesehen.
trunx hat selbst das Ok-Häkchen gesetzt. |
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