Fall eines Magneten - Wie kann ein Magnet mit Luftwiderstand schneller sein als im Vakuum?
Moin ich hab wahrscheinlich irgendwo einen Denkfehler und bin jedem sehr dankbar für seine Hilfe! Also folgendes:
Für ein Experiment haben wir einen Magneten durch 3 Spulen fallen lassen (jeweils 20cm entfernt). Anhand der induzierten Spannungen haben wir die Zeiten gemessen.
1. bis 2. = 96ms
1. bis 3. = 175ms
2. bis 3. = 79ms
Wenn ich jetzt aber für die allgemein bekannte Formel sqrt((2*Höhe)/Beschleunigung)=Fallzeit die Erdbeschleunigung einsetze bekomme ich da bei 20cm 200ms und bei 40cm 290ms heraus.
Wie also kann der Magnet schneller sein als der Fall im Vakuum bei g=9,81?
P.S. Alle meine Kollegen hatten sehr ähnliche Zeiten
2 Antworten
Er sollte wenn schon langsamer fallen, sofern die Spulen nicht mit Strom beaufschlagt sind, sofern die Spulen aber nicht belastet sind sollte er einfach mit der normalen Fallbeschleunigung fallen.
Wie hoch wurde der Magnet über Spule 1 gehalten und hatte er eventuell eine Anfangsgeschwindigkeit indem er zB durch eine Handbewegung beschleunigt wurde bevor er in die Spule 1 eingetreten ist?
Ich nehme an 1 bis 2 ist die Durchtrittsdauer durch Spule 1 und nicht die Zeit im Zwischenraum zwischen Spule 1 und 2.
Wenn schon musst du miteinrechnen, dass der Magnet im Zwischenraum von Spule 1 und 2 bereits eine Geschwindigkeit ungeich 0 besitzt (da er über der Spule 1 fallen gelassen wird) und die Formel von dir nur gilt wenn der Magnet sich bei der angegeben höhe in Ruhe befindet.
Dann hat der Magnet bei Eintritt in den Magneten 1 bereits eine Geschwindigkeit von v = sqrt(2gh)
Für die Geschwindigkeit im Magneten gilt dann v = sqrt(2gh)+a*t
für den Weg gilt s = sqrt(2gh)*t+gt²/2
Das liefert für s = 20cm in der Spule und der initialen Fallhöhe von 20cm t = 84ms in der ersten Spule ohne Luftwiderstand.
Also das deckt sich dann auch in etwa mit den Messungen.
merkwürdigerweise gibt er uns aber die aufgabe die "mittleren Fallgeschwindigkeiten" zu berechnen mit der Formel V=h/t .. Später sollen wir damit dann auch die Beschleunigung berechnen was dann aber kein Sinn macht mit den "mittleren Fallgeschwindigkeiten" oder?
Vielleicht will er aber auch nur das wir in der Diskussion später sagen, dass die gegebene Herangehensweise nicht funktioniert, gerade wegen dieser Anfangsgeschwindigkeit
Rechne es einfach mal aus und sie nach was raus kommt.
Ah ich versteh: für nach 20cm -> 200ms ist ja sozusagen mein Nullpunkt (erste spule) für meine Messwerte, also hätte ich bei 40cm 285ms aber davon ziehe ich meine 200 ab.
Die Reichweite des Magnetfeldes ist ja nicht unbegrenzt. Der Magnet fällt also länger als er Strom induziert.
Die gemessene Zeit in der Strom erzeugt wird ist damit natürlich viel kürzer als der eigentliche Fall des Magneten.
Auch beachten muss man, dass der Magnet gar keinen Strom erzeugt, wenn er 90° zur Spule ausgerichtet ist. Und da der induzierte Strom ein Gegenmagnetfeld erzeugt, neigt der Magnet dazu sich zu drehen um möglichst wenig Strom und damit "gegenwehr" zu erzeugen.
Mit zwei Spulen kannst Du ungefähr messen wie lange der Magnet zwischen den Spulen zum Fallen braucht. Mit nur einer kriegst Du einen Teil der Fallstrecke nicht mit wenn der Magnet zu weit weg von der Spule ist.
So etwas misst man besser per Lichtschranke oder Hochgeschwindigkeitskamera. Moderne Handys haben eine recht beachtliche Zeitlupenfunktion eingebaut, das reicht für so einfache Experimente.
Du hast recht, über der obersten Spule liegen noch 20cm Rohr damit überhaupt eine Spannung in der ersten induziert wird. Das hab ich vergessen. Aber der Magnet wurde vom Beginn des Rohres einfach fallengelassen (kein Wurf) und auf der Schaltung liegt kein Strom also kein "Gegenfeld" für den Magneten. Die Schaltung misst nur