Fehler beim Experiment zur Beschleunigung?
Hi, in Physik müssen wir ein Experiment zur Beschleunigung machen. Dabei müssen wir eine Kugel eine geneigte Ebene runterrollen lassen und für unterschiedlich lange Abschnitte die Zeit stoppen und anschließend die Beschleunigung berechnen. Was tauchen dabei für systematische Fehler auf? Und was sind Fehler, für die man persönlich was dafür kann?
4 Antworten
Systematische Fehler finden wir durch systematisches Vorgehen: Wo wird das Experiment gesteuert? Wo treten Umwelteinflüsse auf?
- Vorbereitung: Die Kugel sollte immer die gleichen Rolleigenschaften haben, also immer mit einem gleichartigen, nicht elektrostatisch aufladenden Tuch putzen. So wird anhaftender Staub und Hautfett vermieden.
- Gleiches gilt für Startblock und Messstrecke.
- Start: Loslassen der Kugel könnte unterschiedliche Impulse mitgeben. Besser wäre auf einer vorgezeichneten Linie ein festes Linieal zu halten und es zum Start senkrecht zur Fläche abzuziehen. Oder noch irgendwas raffinierteres. So sollte die Kugel immer nahezu gleich starten.
- Einrichten der Messstrecken: Am besten mit einer festen Lehre arbeiten, um Messungenauigkeiten um Startpunkt und Länge der Strecke zu minimieren.
- Messung: Am besten mit Start- und Stopplichtschranke. Auf so kurzen Strecken ist das Zeit mit der Hand nehmen viel zu ungenau.
- Laborprotokoll: Vorher eine Tabelle anfertigen mit Rechenkästchen oder Linien mit Platz fürs Komma. Sieht die Tabelle hinterher „akkurat“ aus, sind Schreibfehler und spätere Übertragungsfehler weniger wahrscheinlich.
Und ins Protokoll gehört jeder Vorfall: Kugel vom Tisch gefallen/Stunde zuende, nach der Pause fortgesetzt. Sollte eure Messkurve einen Knick haben, so könnt ihr mit einem möglichst vollständigen Laborbuch auch im Nachhinein systematische Fehler entdecken.
Oh! Habe ich eine gute Note erhalten? 🤓
Nein, im Ernst: Ich hoffe, das hier gegebene Beispiel führt Dich dazu, in analogen Aufgaben ähnlich vorzugehen … 🤔
Ich habe übrigens auf das Protokoll eine 1 bekommen. ;-)
Systemfehler sind eben solche, welche zu einem Offset des Messergebnis führen. Dazu gehören z.B. falsch geeichte Messinstrumente, die immer zu viel oder zu wenig messen.
Dann gibt es noch zufällige Fehler, welche sich rausmitteln bzw. zu einer Normalverteilung der Messwerte führen. Dazu gehört z.B. das Stoppen der Zeit. Mal drückst du zu früh, mal zu spät.
In deinem Fall gäbe es eine Vielzahl von möglichen Fehler (unabhängig ihres Ursprungs) zu untersuchen.
Wie genau wurde der Winkel der Ebene bestimmt?
Wie genau ist die Stoppuhr?
Wie genau schaffst du es den Start und das Ende zu stoppen?
Ist die Kugel wirklich rund und die Ebene ausreichend eben? Findet wirklich eine vollkommene Rollbewegung und kein Rutschen statt?
Wie genau kannst du die Erdbeschleunigung g für deinen Ort bestimmen?
Wie genau kannst du die Abschnitte bestimmen?
Viele der möglichen Fehler sind mit heutigen Mitteln (Meterstab, heutige Uhren, ortsbekannte Beschleunigung g) vernachlässigbar. Du solltest aber gucken, ob die Kugel wirklich gut rollt.
Der Winkel der Ebene muss bestimmt werden (zusammen mit einer Fehlerangabe) und du musst abschätzen wie groß dein Messfehler beim Stoppen sein wird.
Rollwiderstand, Luftwiderstand da kannst du nichts dafür.
Veränderte Oberfläche durch Hautfett bei Berührung. Keine gleichen Startbedingungen beim Loslassen. Messfehler mit der Uhr. Da kannst du was dafür.
1) Systemfehler sind Meßungenauigkeiten
2) Rollreibung,Luftwiderstand,Verformung an der Kugel
Danke, das mit dem anhaftenden Staub und Hautfett fand sogar mein Physiklehrer sehr gut.