Skip to content
Snippets Groups Projects
Commit 69c7ae13 authored by Roger Wolf's avatar Roger Wolf
Browse files

small revision of instruction text

parent 273e5d9e
No related branches found
No related tags found
No related merge requests found
%% Cell type:markdown id:885c7767-e912-4e31-b5d6-3a3443ffa58e tags:
# Fakultät für Physik
## Physikalisches Praktikum P1 für Studierende der Physik
Versuch P1-11, 12, 13 (Stand: Oktober 2023)
[Raum F1-19](https://labs.physik.kit.edu/img/Praktikum/Lageplan_P1.png)
# Elastizität
%% Cell type:markdown id:02723acd-b4da-43cb-8534-d52f27e5e556 tags:
Name: __________________ Vorname: __________________ E-Mail: __________________
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
\end{split}
\end{equation*}
Name: __________________ Vorname: __________________ E-Mail: __________________
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
&\\
\end{split}
\end{equation*}
Gruppennummer: _____
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
&\\
\end{split}
\end{equation*}
Betreuer: __________________
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
&\\
\end{split}
\end{equation*}
Versuch durchgeführt am: __________________
%% Cell type:markdown id:bd1ced8c-5364-400f-b2ab-cd86a81d5eda tags:
---
**Beanstandungen:**
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
\end{split}
%\text{\vspace{10cm}}
\end{equation*}
<br>
Testiert am: __________________ Testat: __________________
%% Cell type:markdown id:305b8433-7bc6-4a3c-b0e6-fa5c8955849a tags:
# Durchführung
## Aufgabe 1: Elastizitätsmodul aus der Biegung flacher Stäbe
Bei diesem Versuchsteil bestimmen Sie für einige Stoffe den Elastizitätsmodul $E$ aus der Biegung zweiseitig aufgelagerter
und in der Mitte belasteter flacher Stäbe. Hierzu stehen Ihnen fünf Materialien zur Verfügung:
und in der Mitte belasteter, flacher Stäbe. Hierzu stehen Ihnen fünf Materialien zur Verfügung:
* Kupfer,
* Aluminium,
* Edelstahl,
* Messing,
* PVC.
### Aufgabe 1.1: Messuhr
Bestimmen Sie $E$ aus der Biegung $s$ des Stabs als Funktion der Kraft $F_{g}$ angehängter Gewichte mit einer Messuhr. Für $s$ gilt der zusammenhang
Bestimmen Sie $E$ aus der Biegung $s$ des Stabs als Funktion der Kraft $F_{g}$ angehängter Gewichte, mit Hilfe einer Messuhr. Für $s$ gilt der Zusammenhang
$$
s(F_{g}) = \frac{L^{3}\,F_{g}}{4E\,b\,d^{3}},
$$
wobei dem Abstand zwischen den beiden Auflagepunkten des jeweiligen Stabs, $b$ der Breite und $d$ der Dicke des Stabs entsprechen. Berücksichtigen Sie für Ihre Messung, dass die Messuhren eine zusätzliche Kraft von $3,6\,\mathrm{g/mm}$ auf den jeweiligen Stab ausüben.
worin $L$ dem Abstand zwischen den beiden Auflagepunkten des jeweiligen Stabs, $b$ der Breite und $d$ der Dicke des Stabs entsprechen. Berücksichtigen Sie für Ihre Messung, dass die Messuhren eine zusätzliche Kraft von $3,6\,\mathrm{g/mm}$ auf den jeweiligen Stab ausüben.
---
%% Cell type:markdown id:375bc285-33cc-43cc-bf8f-9247c1431ae4 tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
%% Cell type:markdown id:20887c3e-9c2e-4cf2-918e-c6091ec8f900 tags:
### Aufgabe 1.2: Spiegelsystem
Für diesen Aufgabenteil bestimmen Sie die Biegung des Stabs aus der zusätzlichen Neigung $\alpha$ der Stabenden bei Belastung, mit Hilfe zweier Spiegel, die nahe den Stabenden leicht gegeneinander geneigt montiert sind. Über die Spiegel wird ein punktförmiger Laserstrahl auf einen entfernten Schirm geführt. Aus der Verschiebung $\delta$ der Strahlposition mit und ohne Belastung kann $\alpha$ nach der Formel
Für diesen Aufgabenteil bestimmen Sie die Biegung des Stabs aus der zusätzlichen Neigung $\alpha$ der Stabenden bei Belastung. Diese bestimmen Sie mit Hilfe zweier Spiegel, die nahe den Stabenden, leicht gegeneinander geneigt montiert sind. Über die Spiegel wird ein punktförmiger Laserstrahl auf einen entfernten Schirm gelenkt. Aus der Verschiebung $\delta$ der Strahlposition mit und ohne Belastung kann $\alpha$ nach der Formel
$$
\alpha(F_{g}) = \frac{3L^{2}\,F_{g}}{4E\,b\,d^{3}}
$$
berechnet werden.
---
%% Cell type:markdown id:4ff10d07-87d1-4a2a-a7ef-a7014dc727b6 tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
%% Cell type:markdown id:97b7053b-f7c8-471f-bd76-01bb183198e0 tags:
## Aufgabe 2: Elastizitätsmodul aus der Schallgeschwindigkeit
In diesem Versuchsteil bestimmen Sie die Zeit $\Delta t$, die ein Verdichtungsstoß (axiales Anschlagen einer Pendelkugel am Stabende) benötigt, um mehrfach im Stab der Länge $L$ hin- und herzulaufen, wobei die entstehende Welle jeweils an den freien Stabenden reflektiert wird. Die Schallsignale am erregerfernen Stabende werden mit Hilfe eines Piezokristalls in Spannungspulse umgewandelt und mit einem Oszilloskop aufgenommen.
In diesem Versuchsteil bestimmen Sie die Zeit $\Delta t$, die ein Verdichtungsstoß benötigt, um mehrfach im Stab der Länge $L$ hin- und herzulaufen. Der Verdichtungsstoß wird verursacht durch das axiale Anschlagen einer Pendelkugel ans entsprechende Stabende erzeugt. Die entstehende Welle wird an den freien Stabenden jeweils reflektiert wird. Am erregerfernen Stabende werden die Schallsignale mit Hilfe eines Piezokristalls in Spannungspulse umgewandelt und mit einem Oszilloskop aufgenommen.
Bestimmen Sie die Zeitdifferenzen $\Delta t$ zu möglichst vielen Reflektionen und ermitteln Sie die Schallgeschwindigkeit $v_{\mathrm{ph}}$ als Steigung der resultierenden Geraden. Beachten Sie, dass es bei jeder Messung nötig ist, in einem Vorversuch zunächst etwa die Mitte jenes Bereichs der Anschlagstärke zu suchen, in dem die Ergebnisse für $\Delta t$ reproduzierbar sind. Störsignale, z.B. von unvermeidlichen andersartigen Anregungsmoden sind im Oszilloskopbild gut vom Hauptschwingungsmodus unterscheidbar. Lediglich bei PVC wird das
Signal so schnell gedämpft, dass nur wenige Reflektionen messbar sind.
Bestimmen Sie die Zeitdifferenzen $\Delta t$ zu möglichst vielen Reflektionen und ermitteln Sie die Schallgeschwindigkeit $v_{\mathrm{ph}}$ als Steigung der resultierenden Geraden. Beachten Sie, dass es bei jeder Messung nötig ist, in einem Vorversuch zunächst etwa die Mitte jenes Bereichs der Anschlagstärke zu suchen, in dem die Ergebnisse für $\Delta t$ reproduzierbar sind. Störsignale, z.B. von unvermeidlichen andersartigen Anregungsmoden lassen sich auf dem Oszilloskop gut vom Hauptschwingungsmodus unterscheiden. Lediglich bei PVC wird das Signal so schnell gedämpft, dass nur wenige Reflektionen messbar sind.
**Achtung:** Der Piezodetektor verträgt wegen der leicht aufbrechenden Klebungen keine harten Stöße. Die Pendelkugel darf daher aus höchstens 8cm Entfernung vom Stabende losgelassen werden.
**Achtung:** Der Piezodetektor verträgt wegen der leicht aufbrechenden Klebungen keine harten Stöße. Die Pendelkugel darf daher aus höchstens $8\,\mathrm{cm}$ Entfernung vom Stabende losgelassen werden.
---
%% Cell type:markdown id:c81ae931-21c9-4eff-bb7b-259cf64b3c5e tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
%% Cell type:markdown id:66f60b58-6aac-4a8b-bb6a-adad17f3c95a tags:
## Aufgabe 3: Torsionsmodul
Bestimmen Sie für wenigstens einen der zur Verfügung stehenden Stoffe den Schubmodul $G$ aus der Schwingungsdauer $T$ von
Torsionsschwingungen.
geeignet angeregten Torsionsschwingungen.
Hierzu ist ein zylindrischer Stab aus dem zu untersuchenden Stoff jeweils am oberen Ende fest eingespannt und trägt am unteren Ende eine Drehscheibe. Die Drehscheibe wird um einen kleinen Winkel ausgelenkt und führt, nachdem sie ihn loslassen, Drehschwingungen aus. Verwenden Sie die Scheibe ohne, mit zwei und mit vier Zusatzmassen. Bestimmen Sie aus den zugehörigen Schwingungsdauern sowie den berechenbaren Zusatzträgheitsmomenten das Trägheitsmoment der Scheibe.
Hierzu ist ein zylindrischer Stab aus dem zu untersuchenden Stoff jeweils am oberen Ende fest eingespannt und trägt am unteren Ende eine Drehscheibe. Die Drehscheibe wird um einen kleinen Winkel ausgelenkt und führt, nachdem Sie sie loslassen, Drehschwingungen aus. Verwenden Sie die Scheibe ohne, mit zwei und mit vier Zusatzmassen. Bestimmen Sie aus den zugehörigen Schwingungsdauern sowie den berechenbaren Zusatzträgheitsmomenten das Trägheitsmoment der Scheibe.
Führen Sie diese Messung für mindestens eines der zur Verfügung stehenden Materialien durch.
---
%% Cell type:markdown id:150973f7-01c7-40e7-b99a-8ccd437ea3c5 tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
......
%% Cell type:markdown id:885c7767-e912-4e31-b5d6-3a3443ffa58e tags:
# Fakultät für Physik
## Physikalisches Praktikum P1 für Studierende der Physik
Versuch P1-26, 27, 28 (Stand: Oktober 2023)
[Raum F1-15](https://labs.physik.kit.edu/img/Praktikum/Lageplan_P1.png)
# Kreisel
%% Cell type:markdown id:02723acd-b4da-43cb-8534-d52f27e5e556 tags:
Name: __________________ Vorname: __________________ E-Mail: __________________
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
\end{split}
\end{equation*}
Name: __________________ Vorname: __________________ E-Mail: __________________
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
&\\
\end{split}
\end{equation*}
Gruppennummer: _____
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
&\\
\end{split}
\end{equation*}
Betreuer: __________________
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
&\\
\end{split}
\end{equation*}
Versuch durchgeführt am: __________________
%% Cell type:markdown id:bd1ced8c-5364-400f-b2ab-cd86a81d5eda tags:
---
**Beanstandungen:**
\begin{equation*}
\begin{split}
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
&\\
\end{split}
%\text{\vspace{10cm}}
\end{equation*}
<br>
Testiert am: __________________ Testat: __________________
%% Cell type:markdown id:305b8433-7bc6-4a3c-b0e6-fa5c8955849a tags:
# Durchführung
## Aufgabe 1: Physik starrer Körper
**Hinweise zu allen hier durchzuführenden Messungen finden Sie in der Datei [Hinweise-Aufgabe-1.md](https://git.scc.kit.edu/etp-lehre/p1-for-students/-/blob/main/Kreisel/doc/Hinweise-Aufgabe-1.md).**
**Hinweise zu allen hier durchzuführenden Messungen finden Sie in der Datei [Hinweise-Aufgabe-1.md](https://gitlab.kit.edu/kit/etp-lehre/p1-praktikum/students/-/blob/main/Kreisel/doc/Hinweise-Aufgabe-1.md).**
Bei dieser Aufgabe handelt es sich um **Demonstrationsversuche**, die Sie sich gemeinsam mit Ihrem:r Tutor:in während der Praktikumsvorbesprechung überlegen und im Anschluß durchführen können, um sich durch eigene Erfahrung mit der Physik starrer Körper vertraut zu machen. Wir empfehlen Ihnen, die nötige Zeit für die entsprechenden Versuche einzuräumen und jedem:r Teilnehmer:in die Versuche selbst durchzuführen.
Bei dieser Aufgabe handelt es sich um **Demonstrationsversuche**, die Sie sich gemeinsam mit Ihrem:r Tutor:in während der Praktikumsvorbesprechung überlegen und im Anschluß durchführen können, um sich durch eigene Erfahrung mit der Physik starrer Körper vertraut zu machen. Wir empfehlen Ihnen, die nötige Zeit für die entsprechenden Versuche einzuräumen und jedem:r Teilnehmer:in die Versuche, bei denen Sie selbst das Studienobjekt sind, selbst durchzuführen.
### Aufgabe 1.1: Drehimpulserhaltung
Um persönliche Erfahrungen mit der Drehimpulserhaltung zu sammeln, stehen Ihnen ein Drehschemel und ein Rad mit zwei Griffen und Zugband zur Verfügung. Notieren Sie Ihre Erfahrungen und diskutieren Sie die zugrundeliegenden physikalischen Effekte.
---
%% Cell type:markdown id:375bc285-33cc-43cc-bf8f-9247c1431ae4 tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
%% Cell type:markdown id:20887c3e-9c2e-4cf2-918e-c6091ec8f900 tags:
### Aufgabe 1.2: Trägheitstensor
Um Erfahrungen mit dem Trägheitstensor zu sammeln steht Ihnen ein Aufbau zur Verfügung, mit dem Sie entsprechend präparierte Holzkisten in ihren Schwerpunkten aufhängen und in Rotation versetzen können. Notieren Sie Ihre Erfahrungen und diskutieren Sie die zugrundeliegenden physikalischen Effekte.
---
%% Cell type:markdown id:4ff10d07-87d1-4a2a-a7ef-a7014dc727b6 tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
%% Cell type:markdown id:335cd2f4-efc6-4072-9ab7-d4a240eb220d tags:
### Aufgabe 1.3: Kreiselkompass
Für diesen Versuch steht Ihnen ein [kardanisch](https://de.wikipedia.org/wiki/Kardanische_Aufh%C3%A4ngung) gelagerter Kreisel auf einer drehbaren Grundfläche zur Verfügung, der sich gegen die Grundfläche kippen lässt. Der innere Kardanrahmen ist durch Arretierfedern fixiert. Beschreiben und diskutieren Sie das Verhalten des Kreisel nachdem Sie zunächst den Kreisel und dann seine Standfläche in Rotation versetzt haben.
---
%% Cell type:markdown id:aaf9c2e9-f6cf-4a3b-bfc9-796841dca7ed tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
%% Cell type:markdown id:97b7053b-f7c8-471f-bd76-01bb183198e0 tags:
## Aufgabe 2: Kardanisch gelagerter Kreisel
**Hinweise zu allen hier durchzuführenden Messungen finden Sie in der Datei [Hinweise-Aufgabe-2.md](https://git.scc.kit.edu/etp-lehre/p1-for-students/-/blob/main/Kreisel/doc/Hinweise-Aufgabe-2.md).**
Im Verlauf dieses Versuchs untersuchen Sie den [kardanisch](https://de.wikipedia.org/wiki/Kardanische_Aufh%C3%A4ngung) gelagerten Kreisel quantitativ. Sie lernen dabei mehrere charakteristische Eigenschaften symmetrischer Kreisel kennen. Sie bestimmen die Trägheitsmomente entlang der [Hauptträgheitsachsen](https://de.wikipedia.org/wiki/Haupttr%C3%A4gheitsachse) des Kreisels und schätzen die Masse des Kreiselrotors ab.
### Aufgabe 2.1: Dämpfung
Bestimmen Sie die Dämpfung des Kreisels aus einer Messreihe von mindestens 30 Punkten. Stellen Sie die Kreisfrequenz $\omega$ des Kreisels geeignet als Funktion der Zeit $t$ dar.
---
%% Cell type:markdown id:c81ae931-21c9-4eff-bb7b-259cf64b3c5e tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
%% Cell type:markdown id:66f60b58-6aac-4a8b-bb6a-adad17f3c95a tags:
### Aufgabe 2.2: Nutation
* Bestimmen Sie die Nutationsfrequenz $\omega_{N}$ des Kreisels als Funktion von $\omega$. Nehmen Sie eine Messreihe mit mindestens 30 Messpunkten auf und stellen Sie sie geeignet dar.
* Wiederholen Sie die Messreihe für eine Konfiguration in der Sie zwei Zylindergewichte zusätzlich an den äußeren Kardanrahmen der Kreiselaufhängung geschraubt haben.
---
%% Cell type:markdown id:150973f7-01c7-40e7-b99a-8ccd437ea3c5 tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
%% Cell type:markdown id:60568a02-3549-4afd-a4d0-6975255e804c tags:
### Aufgabe 2.3: Präzession
Bestimmen Sie Präzessionsfrequenz $\Omega$ des nutationsfreien, symmetrischen Kreisels als Funktion von $\omega$. Tun Sie dies, indem Sie einen Metallstab als zusätzliches Gewicht in den inneren Kardanrahmen der Kreiselaufhängung schrauben. Nehmen Sie eine Messreihe mit midestens 30 Messpunkten auf und stellen Sie sie geeignet dar.
---
%% Cell type:markdown id:0a035bc1-cf81-4a36-a1fa-c5568171aaad tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
%% Cell type:markdown id:0444a5d9-9aa9-45ac-8694-d4684c21715d tags:
### Aufgabe 2.4: Trägheitsmomente entlang der Hauptträgheitsachsen
* Berechnen Sie aus den Messungen die Sie im Rahmen der **Aufgaben 2.2** und **2.3** durchgeführt haben, die Trägheitsmomente $\theta_{x}$, $\theta_{y}$ und $\theta_{z}$ entlang der Hauptträgheitsachsen.
* Schätzen Sie aus Ihren Berechnungen die Masse $M$ des Kreiselrotors ab.
---
%% Cell type:markdown id:a071ed7a-edd1-4070-a249-7f4fb5414146 tags:
**Lösung:**
*Sie können Ihr Protokoll direkt in dieses Dokument einfügen. Wenn Sie dieses Dokument als Grundlage für ein [Jupyter notebook](https://jupyter.org/) verwenden wollen können Sie die Auswertung, Skripte und ggf. bildliche Darstellungen mit Hilfe von [python](https://www.python.org/) ebenfalls hier einfügen. Löschen Sie hierzu diesen kursiv gestellten Text aus dem Dokument.*
---
......
0% Loading or .
You are about to add 0 people to the discussion. Proceed with caution.
Finish editing this message first!
Please register or to comment