g - Ortsfaktor Projekt
03. März 2006 (C) Schulphysik



 

Es liegt etwas in der Luft...
neuer Einstein gesucht?


Gravitation-Elementares Experiment Jan 2005
"Gentlemen, start your gyros!"
NASA Experiment beginnt
Das Potsdamer Geoid - Satelliten vermessen das Schwerefeld  4,2 MB pdf GFZ
Meilensteine der Erkundung des Schwerefeldes: CHAMP und GRACE
Gravity Probe B homepage
Gravitomagnetismus wird von der NASA untersucht
Gravity Probe B takes off Kommentar bei Webphysics

Von Albert Einstein zur Welt-Formel. Eine neue Sicht auf unser Universum., 18 €
Ein wirklich lesbares Buch, mit wirklich interessanten Denkanregungen-
kritischen Jungforschern wärmstens abgeraten!! - Nichts für Dogmatiker und Auswendiglerner!
Nur so kommen wir weiter, zur Antigravitation, zum Beamen und v. a. m.

ESA-Missing Link in Gravity steht die Physik vor einer revolutionären neuen Gravitationstheorie?
aber Vorsicht vor purer SF

Gibt es Antigravitation?
BR-Online Online Video  - Real Player nur Online direkt im Unterricht
Der Foucault-Effekt und die Grundlagen der klassischen Mechanik Uni Osnabrück

Pendelmethode Schülerversuch - g-Bestimmung - mit Geräten an der FH Würzburg-Schweinfurt
g- Faktor Messung mit Fehlerrechnung 32kB download - Fachhochschule - Schulphysik/Marwan
Praktikum Physik FH-Würzburg-Schweinfurt - Download einiger gepackter Worddateien zu Versuchen:
Formeln (einfach)l
Pendelsimulation mit physlet nur zum Verständnis
Drehpendel. und Impulssatz in Simulation, da wird es langsam chaotisch
Spiele mit dem Federpendel
Exploratorium.edu-pendulums
Foucaultpendulum

g_faktor - Messung mit schöner Webgestaltung - Foucaultpendel von Breitenstein top5%
Galileos Pendelversuche historische Versuche, Rice Uni Galileo Projekt
Pendel als Uhr- Taktgeber NISTl
Der Foucault-Effekt und die Grundlagen der klassischen Mechanik
The Pendulum Lab - mit download top Site - Pendel-Projekt Uni Basel
Equations of motion of damped and driven pendula
Journey in Time: Foucault Pendula for Kids
Historisches Experiment

The Undamped and Undriven Pendulum
Neue Messungen der Gravitationskonstanten
Schwerefeld der Erde - GFZ Potsdam
Gravitationskonstanten mit Torsionswaage by John Walker

Macht mit beim Foucault- Pedelbau
A Solar Eclipse, Global Measurements and a Mystery
French Nobel Laureate turns back clock - Pendel
(wurde mittlerweile von vielen Universitäten widerlegt, er hatte nicht recht!)
Neue Aufgabe:
Kann man die Pendeldauer durch Gedankenkraft beeinflussen, wie es viele esoterische Web- Seiten verkünden - oder nicht?
Da hilft nur Eines:
Es selbst überprüfen!!
Pendelkunde

Bestimmung des Ortsfaktors (Fallbeschleunigung) g = 9,81 m/s2

Es wird hier die Anregung zu einem einfachen Versuch zur Ermittlung der Fallbeschleunigung am Heimatort gegeben. Das Versuchsergebnis von Einzelpersonen, Schülergruppen oder Klassen kann in kurzer Form per Schulphysik">e-mail an Schulphysik übergeben werden. Der Versuch kann ab der 8.-ten Jahrgangsstufe bis zur Oberstufe hin durchgeführt werden. Der Zeitbedarf ist ein Unterrichtsstunde. Je nach Niveau messen die Schüler die Zeit mit ihrer Armbanduhr oder mit Lichtschranken via Computer (groß ist der Unterschied in den Ergebnissen übrigens nicht!). Die Längenmessung erfolgt mit Maßband. Bei einer Ablesegenauigkeit von 1% (1% ist schon gut, denn, wo ist der Drehpunkt, wo ist der Schwerpunkt der Kugel?) kann das Ergebnis nur maximal auf 1% genau werden, was (9,81+-0,1)m/s/s entspricht. Einheit Mittelstufe besser N/kg wählen.

Die Ergebnisse liegen leicht im 5% Rahmen, was hier ja Werten von (9,3 bis 10,3 N(kg) entspricht. Der systematische Fehler verkleinert im Regelfall diesen Wert. Der häufigste Fehler bei der Zeitmessung liegt im Verzählen bei den Perioden! Mit Null anfangen, und sauber klären, was man unter der Periode oder Schwingungsdauer versteht. Bei 20 oder gar 50 Messungen kommt man dann leicht auf maximale Fehler von 0,5 %.
Bei den Pendelmessungen ist die Messung der Zeit durch Quarzuhren heute sehr genau. Systematische Fehler aber auch Zufallsfehler bringt die Längenmessung immer wieder. Die Güte des Versuchs wird einmal durch diese Längenmessung zum anderen aber auch durch Korrekturen der Fehler durch -

1) mathematisches Pendel - physisches Pendel (Trägheitsmomente und Steinerscher Satz)
2) Kleinwinkelnäherung in der DGL sin(phi) <>phi

Zum Vergleich gibt es theoretische Näherungsformel von Cassinis 1930 und Jeffreys 1959

Cassinis g=go(1+A*sin(phi)^2 -B*sin(2phi)^2)-C*h+D*rho*h
Jeffrey g=go(1+A*sin(phi)^2 -B*sin(2phi)^2)-C*h+D*rho*h
g0= 9,7804900   9,7803730
A= 0,0052884   0,0052891
B= 0,0000059   0,0000059
C= 0,0000031   0,0000031
D= 0,0000004   0,0000004
  Cassinis   Jeffrey

Ein paar Werte (sorry mainly european)

Ort phi/Grad h/m Rho Cassinis Jeffrey Cassinis+h Jeffrey+h Mittel/Theo Messung ppm  
Würzburg/Sanderau 49,79 178 2,2 9,81060 9,81049 9,81021 9,81010 9,81015 9,81032 17 Fachmann
Schweinfurt/FH 50,00 220 2,2 9,81079 9,81067 9,81031 9,81019 9,81025 9,80880 -148 Student
Hamburg/TH 52,39 54 2,7 9,81290 9,81278 9,81279 9,81268 9,81273 9,81277 4 Fachmann
München/LA Gew. 48,17 514 2,4 9,80915 9,80904 9,80807 9,80796 9,80801 9,80744 -58 Fachmann
Wien 48,21 183 2,4 9,80919 9,80907 9,80880 9,80869 9,80874 9,80860 -15 Fachmann
Berlin/PTB 52,52 33 2,7 9,81301 9,81290 9,81294 9,81283 9,81289 9,81288 -1 Fachmann
Zürich 47,38 466 2,7 9,80844 9,80833 9,80752 9,80740 9,80746 9,80665 -83 Fachmann
                       
Quito/Observat -0,22 2815 2,6 9,78049 9,78037 9,77480 9,77469 9,77475 9,77280 -199 Fachmann
Singapore/Raffle 1,30 8 2,5 9,78052 9,78040 9,78050 9,78038 9,78044 9,78082 39 Fachmann

Extrema weltweit:

Pol/NN 90,00 0 0 9,83221 9,83210 9,83221 9,83210 9,83216
Äquator/NN 0,00 0 0 9,78049 9,78037 9,78049 9,78037 9,78043
                 
Äquator/5000m 0,00 5000 2,7 9,78049 9,78037 9,77060 9,77048 9,77054

Das Rechenblatt dazu könnt ihr im EXCEL Format downladen und euere Orte eingeben. Fragt den Erdkundler oder Geologen nach der mittleren Dicht des Gesteins unter eurerm Wohnort (nur bis auf NN- Normalnull herab).
Wißt ihr eigentlich wie hoch euere Schule über dem Meeresspiegel liegt?
Ein paar Meter bewirken schon ein paar PPM Abweichung!

Download GFAK.XLS EXCEL 22K wenige Sekunden!

 

Protokoll als e-mail an Schulphysik, falls Ihre Schule hier in Erscheinung treten soll:


Name: (Schülername, Klasse oder Kurs an Schule XXX in Stadt in Land)

Ergebnis: g = 9,... m/s2 : oder noch besser g = ( 9,... +- 0,...) m/s2

Lehrer : Name .... bestätigt Durchführung der Messung.


Meßprinzip: Fadenpendel (mit Eisenkugel), Stoppuhr, Maßband, Taschenrechner. Wir messen die Fadenlänge l vom Aufhängepunkt bis zur Kugelmitte, z.B.

Länge l=1,102 m +-0,005 m.

Wir lassen das Pendel 10 mal, 20 mal oder gar 100 mal schwingen, nehmen die Zeit, teilen durch Anzahl der Perioden und erhalten die Schwingungsdauer T von z.B. T = 2,11 s +-0,01 s Fehler einfach schätzen oder durch Versuchswiederholung Standardabweichung (mittlerer Fehler des Mittelwertes) benutzen.

Es gilt nun g = l (2pi/T)2 im Beispiel also g = (9,77+-0,01) m/s2

In der Oberstufe erkennen die Schüler nach mehrmaliger Messung den systematischen Fehler, der hier noch vorliegt.

Es müssen das Trägheitsmoment der Kugel und der anharmonische Charakter der Schwingung berücksichtigt werden:

g =l(2pi/T)2 (1 + 2/5 (r/l)2) (1 + (sin(w/2)/2)2)2 siehe : Kohlrausch Handbuch der Physik

wobei r der Kugelradius und w die mittlere Elongation sind.

Der korrigierte Wert gkorr =(9,81+-0,01) m/s2

mit r/l =0,05 und w=10o

Wir übertragen den Meßwert in die Schulphysik">e-mail an Schulphysik, der uns dann hier in diese Liste einträgt:

Ehrentafel der deutschsprachigen g- Schulen:

MSR AG / Maßstab und Stoppuhr Celtis- Gymnasium Schweinfurt , Bayern
g0 = (9,77 +- 0,05 ) m/s2 Höhe über NN Lehrer :Schulphysik, Juni 1996 LK Physik 95/97
gkorr = (9,81 +- 0,05 ) m/s2  
   
Melanie Weinsheimer, LK Physik 12 Gymnasium 41352 Korschenbroich
g0=9,787 m/s2 Lehrer: P.Heiß, Oktober 1996
r=0,013m, w=10 Grad, T=1,526s Fehler 0,012 m/s2 (Zeitmessfehler)l=0,575m
   
Jan Wolf, Jan Scheffel und Joerg Frommen, LK Physik 12 Gymnasium 41352 Korschenbroich
g0=9,77 m/s2 Lehrer: P.Heiß, Oktober 1996
r=0,013m, w=10 cm, T=1,379s, l=0,47m Fehler 0,05m/s2 Zeitmessfehler 0,004s
   
Klasse 11a Gabelsberger Gymnasium Mainburg, Bayern
g0=9,80 m/s2 Lehrer: H.Brunner, März 1997
  l=2,89 m, normale Stoppuhr
   
Physik-LK Klasse 12 Hans-Grüninger-Gymnasium 71706 Markgröningen
g0= (9,63+-0,03)m/s/s
Messung am 18.6.1997 Lehrer: J.Lenz
korrigiert: g = (9,80+/-0,03)m/s/s Kugelradius: r = (0,031+/-0,0005)m
Pendellänge: l = (2,758+/-0,005)m
horizontale Auslenkung: w = (1,00+/-0,005)m (Winkel: 21,26°)
Schwingungsdauer: T = (3,362+/-0,002)s
Korrekturfaktor wegen Trägheitsmoment: 1,00005
Korrekturfaktor wegen anharmonischem Charakter: 1,017
   
Helbig, Dirk 10d Max-Planck-Gymnasium
g0=(9,76+-0,01) m/s² Lehrer: Herr Holtzer bestätigt Durchführung der Messung
gkorr=(9,79+-0,01) m/s² Meßprinzip: Fadenpendel, Masse m=1 kg Stoppuhr, Maßband, Computer Länge l=2,85 m w=10°, T=3,396 s
   
König, Arno 11Kl. Profilkurs Ph Steinbrenner Christian Johann-Heinrich-August Duncker Gymnasium in 14712 Rathenow
g0=9,65 m/s² Lehrer: Herr Herold , Messung am 3.12.1997
Keine Korrektur auf Fehler Hilfsmittel: Maßstab und Stoppuhr Pendellänge: 1 m Hakenkörpermasse: 50g gemessene Periodendauer: 2,023s
   
Julia Bachmann, Nicole Kowalczyk, Heike Halfpap Kurs: Physik GK 12 Neues Friedländer Gymnasium, 17098(Mecklenburg -Vorpommern)
g0=9,80 m/s² Lehrer: Herr Schwenn
  Meßprinzip: Wir haben ein 1-m langes Fadenpendel 100 Mal schwingen lassen und die mit der Stoppuhr gemessene Zeit durch die Periodenanzahl dividiert. Die erhaltene Periodendauer setzten wir in die Formel für g ein. g=(4*pi²*l )/T²
Henry Küchler, Karsten Metzig,Daniel Warnke Kurs: Physik GK 12 Neues Friedländer Gymnasium, 17098(Mecklenburg -Vorpommern)

Lehrer: Herr Schwenn

g0=9,84 m/s² Meßprinzip: Folgende Messungen wurden vor dem Experiment durchgeführt: Masse des Gewichts (bei Vernachlässigung des Fadengewichts): 1000g Länge des Fadens : 3,07 m Experiment: Bei kleinem Auslenkungswinkel wurden für 50 Schwingungsperioden die Zeit t gemessen. Die Periodendauer T errechnete sich aus dem Quotienten der gemessenen Zeit t und der Anzahl der Schwingungsperioden. Aus T und l wurde g berechnet.
Anke Gensel;Manuela Stiebe;Sandra Radloff; GK12 Neues Friedländer Gymnasium, 17098(Mecklenburg -Vorpommern)

Lehrer: Herr Schwenn

g0=9,82 m/s² Meßprinzip: Wir haben eine Leiterschiene durch eine Lichtschranke fallen lassen. Per Computer wurden die daraus gewonnenen Ergebnisse in einem v-T-Diagramm ausgewertet. Der Anstieg ergibt sich aus der Formel v=g*t+v0 als g. Diesen hat der Computer angezeigt. Im Bereich Friedland ergibt sich folgender Mittelwert für g (aus zwanzig Messungen)

Kommentar Schulphysik: ja,ja die Friedländer- das Link bitte im neuen Jahr nochmal mitteilen

   
Von Insa Galts, Nina Isegrei, Tatjana Distel, Imke Huntemüller; Klasse 11.2 Alexander-von-Humboldt-Schule in 26409 Wittmund, Niedersachsen
Lehrer: Heinz Mengeringhausen
g0=9,7998 m/s² Länge des Pendels:1,14 m (+- 0,002m)

Periodendauer: 21,43 s für 10 Schwingungen; 2,143 s für 1 Schwingung

Radius der Kugel: 1,25 cm

   
Thorsten Ricks, Michel Pfefer,
Jens Otten
Kurs: Physik1 11
Alexander-von-Humboldt-Schule in 26409 Wittmund, Niedersachsen
Lehrer: Heinz Mengeringhausen
g0=9,80 m/s² Keine Fehlerkorrektur
Meßprinzip: Fadenpendel, Stoppuhr, Meßstab, Pendellänge
l=0,832m, Peridendauer T=1,83s
   
Schüler:Björn Wald, Matthias Rahmann, Hilko Ahlrichs
Kurs: ph1 des 11 Jahrgangs
Alexander-von-Humboldt-Schule in 26409 Wittmund, Niedersachsen
Lehrer: Heinz Mengeringhausen
g0=9,781 m/s² l =147 cm
r =3,5225 cm
T=2,65.s
   
1.Semester ; 2000/2 ; Schiene 1.2 Westfalenkolleg Dortmund NRW
Lehrer: Paul Breitenstein Verfahren:
g=(9,81+/- 0,02) m/s² Gemessen wurde mit Hilfe des Foucaultschen Pendels im Flur des Westfalenkollegs. Die Länge l = 6,00m +/- 0,01m (geschätzter Fehler) wurde mit Hilfe eines Bandmaßes bestimmt. Die Schwingungsdauer T = 4,914 s +/- 0,001 s haben wir mittels Lichtschranke, Cassy-Interface und Computer (Mittelwert aus 50 Schwingungen) bestimmt. Siehe Link g_faktor
   
Klasse FOS 12-3
23 Oct 2000
Heinrich von Stephan Schule in Hessen, Sasha Scholz
g = 11,48 m/s² Mit einer l = 12.75 m und T = 66.2/10 s folgt über g = 4 pi² l / t² dieser Wert
  mm-physik: Da dürfte T=66.2/9 s was immerhin schon 9,3 ergibt vorliegen - man zählt beginnend mit Null bis 10 Phase zu Phase - ein 50% häufiger Fehler an der FH
   
AG Physik Klasse 10 19.03.2001 - Max-Planck-Gymnasium Riesa 01587 Riesa
Marcel Schiffel, Michael Groß, Arturo Solana, Beate Nitz Lehrer: Herr Holtzer
g0 = (9,815 +/- 0,04) m/s² gkor = (9,82 +/-0,04) m/s² Kugelradius: 0,01m Pendellänge: 1m bzw. 1,54m Hilfsmittel: Computer, VideoCom(Leybold), Fadenpendel
   
FA Tina Wunderlich 24 Feb 2002 - Gymnasium Eversten Oldenburg
g=(9,705 +/- 0,888)m/s² Lehrer: Herr Rettberg
Abweichung vom Literaturwert
g=9,80665 m/s²) ist gerundet 1,0%.
Das bedeutet eine Messprinzip: Gemessen wurde nicht die gesamte Pendellänge sondern nur eine Längendifferenz, die verändert wurde, da man diese genauer messen kann. Benutzt wurde ein ca. 2m langes Pendel mit einer 842g schweren Kugel, eine Lichtschranke, eine Stoppuhr und eine verschiebbare Aufhängung zur Messung der Längendifferenz. Die Dämpfung wirkt sich erst auf die sechte Stelle hinter dem Komma aus und ist deshalb nicht angegeben
   
Thomas Bertsch, Christoph Heier, Frank Heim, Thomas Pfäffle Technische Oberschule Nürtingen,TO 1/2, Jg.2001/02,Projektarbeit
g=(9,812 +-0,017) m/s² Herr Rühle
Im Rahmen einer etwa 3 Monate dauernden Projektarbeit "Foucaultischen Pendel",
  Pendellänge 3,01 m, Masse=6 kg

Bestimmung der Fallbeschleunigung g mit einem Fallversuch sehr einfach, aber ungenau

Bestimmung der Fallbeschleunigung g mit dem mathematischen Pendel die Länge des Pendels ist das Problem

Der Versuch macht Schülern wie Lehrern wirklich Spass und bringt viel Physik- Lernen mit sich, ist in einer Stunde erledigt, also Mut, die e-mail kostet übrigens auch nur ein paar Pfennige.

Pendel-Projekt Uni Basel
The Pendulum Lab - mit download top Site
The Foucault Pages at CSUN
Der Foucault-Effekt und die Grundlagen der klassischen Mechanik
Decrypting the Eclipse - pendel-ueberprüfung
gravitationswellen - gravity waves
Pendel Energie Demo- Java Applet von W.Fendt
Fadenpendel Java Applet von W.Fendt
Pendulum - bei www.schulphysik.de von - Fu-Kwun Hwang
The Pendulum - Sergey Kiselev and Tanya Yanovsky-Kiselev
The Spring Pendulum - Sergey Kiselev and Tanya Yanovsky-Kiselev
FEL Pendulum Model - Free Electron Laser
Pendulum
Fragen und Formel zu realen Pendeln

 

Unterhaltsame Physikseiten

PM- Magazin Populärwissenschaftliches Magazin, DE
Spektrum der Wissenschaft Zeitschrift
AskEric umfangreiche Frageseite und mehr!
The Invention Dimension - wie wird man Erfinder!
Nationals Inventors Hall of Fame - Erfindungen und Erfinder
Dramatic Physics Demonstrations
Scheller's Science Site: Akustische Täuschungen - Acoustic illusions
Scheller's Science Site: Alice begegnet der 4. Dimension
juncscience Querdenken in den Naturwissenschaften, Gedanken die nicht alle denken, verrückte Site!
Experimente Freihandversuche fuer Groß und Klein
Lawrence Berkeley Labs (Education) gute Experimente, aber in engl. Sprache!
NCSU Physics Education allgemeine Physik-Seiten - meist leider lange Ladezeiten
Deutsches Forschungsnetz Wissenschaft aus erster Hand
 

Nobelpreisträger- Forschung

Wer bis hierher gelesen hat, hat noch lange keinen Nobelpreis verdient. Aber es gab einen Nobelpreisträger der Merkwürdiges, auch ihm Unerklärliches zu berichten wagte:

Liegen Sonne, Mond und Erde auf einer Linie (wie bei Sonnen und Mondfinsternissen, aber auch bei jedem Neumond und Vollmond) so zeigen sich Abweichungen in der Schwingungsdauer des Pendels.

Man sollte dazu ein hochgenaues, möglichst langes Foucault- Pendel benutzen und genaue Uhrzeit des Neumondes abwarten. Nicht nur die NASA bei der letzten großen  Sonnenfinsternis sondern auch Physikinstitute arbeiten weltweit an diesem unerklärlichen Phänomen, falls es dies überhaupt gibt.

Versucht mitzumachen, da kann etwas ganz Tolles entdeckt werden! Neue Gravitationstheorie usw.

Übrigens haben wir an unserer Schule auch gewisse Erfahrungen: ein Pendel: unter 10m Länge ist zu kurz, die Aufhängung, Verdrillung des Fadens spielen zeitweise verrückt. Erst muss das Pendel zu normalen Zeiten auch genau die rotierende Erde bestätigen. Das gelang uns nur näherungsweise. Dann erst können Abweichungen abgegrenzt werden. Nicht die Geduld verlieren!

Es gibt auch einfachere Experimente!
und andere
anspruchsvollere Versuche

 

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