Schiefer Wurf im virtuellen Labor: g per Videoanalyse
Aktualisiert am 2026-10-08
Schiefer Wurf im virtuellen Labor heißt hier: eine Videoanalyse wie die Chronofotografie im französischen Lycée oder eine Fallmessung von g. Die Simulation nimmt einen geworfenen Ball als Stroboskopaufnahme auf, ein Bild alle Δt, mit einem Maßstab. Die Lernenden tippen auf jedes Bild, um x und y gegen t aufzutragen, bestimmen vₓ aus dem x–t-Diagramm und g aus den Diagrammen y–t und vy–t, prüfen das zweite newtonsche Gesetz mit Δv-Pfeilen und messen dann g auf einem unbekannten Planeten. Jeder Wert unten wurde in der Simulation abgelesen.
Lehrplanbezug
- Physique-chimie am französischen Lycée: Seconde, Mouvement et interactions (Chronofotografie, Geschwindigkeitsvektoren, Δv und Kräfte); Première spécialité (mechanische Energie); Terminale spécialité (Bewegung im homogenen Feld, zweites newtonsches Gesetz).
- AQA A-level Physics, Pflichtpraktikum 3 (required practical 3): Bestimmung von g mit einer Fallmethode (siehe Erweiterung).
- AP Physics 1, Unit 1 Kinematics: schiefer Wurf.
- NGSS HS-PS2-1 (US-Standard): Daten analysieren, die das zweite newtonsche Gesetz stützen.
Simulic ist weder mit dem französischen Bildungsministerium noch mit AQA oder dem College Board verbunden und wird von ihnen nicht unterstützt.
Vor dem Experiment (5 min)
Lassen Sie die Lernenden sich auf eine Vorhersage festlegen, auf Papier oder als Frage 1 des Klassenlinks:
„Ein Ball wird unter 45° geworfen und alle 0,10 s fotografiert. Wie sind die Bilder verteilt?“
Viele Lernende erwarten gleiche Abstände entlang der Bahn.
Durchführung in der Simulation
- Klicken Sie auf den Reiter Stroboskop. Lassen Sie Abwurfhöhe auf 0,0 m, Abwurfwinkel auf 45°, Anfangsgeschwindigkeit auf 15 m/s, Bewegung: Wurf, Ort: Erde (9,81), Bildabstand Δt auf 0,10 s und Datensatz Nr. auf 1.
- Drücken Sie Werfen und warten Sie, bis alle 22 Bilder auf dem Bildschirm sind.
- Tippen Sie auf die Mitte jedes Bildes: Der angetippte Punkt ist Ihr Messwert. Ein Laptop oder ein Tablet im Querformat ist genauer als ein Smartphone. Wenig Zeit? Automatisch markieren markiert jedes Bild mit einem kleinen Ablesefehler.
- Übertragen Sie t, x, y und vy für die Bilder 0, 5, 10, 15 und 20 in die Tabelle, oder drücken Sie CSV-Daten für die vollständige Tabelle.
- Stellen Sie Diagramm auf x gegen t, dann auf y gegen t, dann auf vy gegen t. Notieren Sie vₓ und beide Werte von g aus der Ergebnistabelle.
- Haken Sie Δv an. Achten Sie auf die Richtung der violetten Pfeile und auf die Zeile a = Δv/(2Δt).
- Stellen Sie Ort auf Unbekannter Planet (Datensatz 1 beibehalten), drücken Sie Werfen, markieren Sie die Bilder erneut und bestimmen Sie g aus der Steigung von vy–t. Drücken Sie g zeigen erst am Ende.
| Bild | t (s) | x (m) | y (m) | vy (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 0 | 0,00 | |||
| 5 | 0,50 | |||
| 10 | 1,00 | |||
| 15 | 1,50 | |||
| 20 | 2,00 |
Erwartete Ergebnisse
Mit Automatisch markieren bei Datensatz 1:
| Bild | 0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|
| x (m) | −0,01 | 5,29 | 10,65 | 15,93 | 21,22 |
| y (m) | −0,02 | 4,06 | 5,67 | 4,88 | 1,66 |
| vy (m/s) | — | 5,80 | 0,67 | −4,22 | −9,36 |
- Waagerecht liegen die Bilder etwa 1,06 m auseinander: vₓ = 10,60 m/s (Sollwert 10,61).
- Senkrecht schrumpfen die Abstände auf dem Weg nach oben um etwa g·Δt² = 0,098 m pro Bild (1,04, 0,91, 0,78 m …) und wachsen auf dem Weg nach unten.
- g: 9,77 m/s² aus der Parabel y–t und 9,78 m/s² aus der Steigung von vy–t (−0,4 %).
- Δv zeigt bei jedem Bild senkrecht nach unten: a = (0,02 ; −9,82) m/s², und m·|a| = 4,91 N entspricht der Gewichtskraft mg.
- Von Hand: Mit Tipps, die um etwa 3 Pixel streuten, lag g auf einem Laptop innerhalb von etwa 2 % und auf einem Smartphone innerhalb von 6 %.
- Unbekannter Planet, Datensatz 1: g = 14,97 m/s² (y–t) und 15,01 m/s² (vy–t). g zeigen zeigt 15,00.
Fragen für die Lernenden
- (Vorhersage, nach dem Experiment erneut gestellt) Wie sind die Bilder verteilt?
- Welche Größen sind die unabhängige und die abhängige Variable, wenn man g aus y gegen t bestimmt?
- Wie groß ist die waagerechte Geschwindigkeit vₓ aus dem x–t-Diagramm?
- Wie groß ist g auf dem unbekannten Planeten (Datensatz 1), bestimmt aus der Steigung von vy–t?
- Was sagen die Δv-Pfeile über die Kräfte auf den Ball aus?
Antworten für Lehrkräfte: (1) Gleiche waagerechte Abstände; die senkrechten Abstände schrumpfen nach oben und wachsen nach unten. (2) Unabhängig: die Zeit t; abhängig: die Höhe y. (3) 10,3–10,9 m/s akzeptieren (10,60 mit Automatisch markieren). (4) 14,0–16,0 m/s² akzeptieren (15,01 mit Automatisch markieren; wahrer Wert 15,00). (5) Jedes Δv zeigt senkrecht nach unten und ist gleich lang: eine konstante, nach unten gerichtete Beschleunigung g. Die einzige Kraft ist die Gewichtskraft, daher bleibt vₓ konstant.
Häufige Fehlvorstellungen
- „Der Ball wird waagerecht langsamer.“ Die Bilder bleiben waagerecht etwa 1,06 m auseinander.
- „Am höchsten Punkt ist die Beschleunigung null.“ Bei Bild 11 ist vy nur 0,25 m/s, aber Δv zeigt weiterhin nach unten und ist gleich lang.
Erweiterung
- Fallmethode für g: Stellen Sie Bewegung: Fall aus der Ruhe ein (die Abwurfhöhe springt auf 10 m). Automatisch markieren liefert 15 Bilder und g = 9,80 m/s² (y–t) und 9,81 m/s² (vy–t).
Häufige Fragen
Kann der Klassenlink im Bildschirm Stroboskop öffnen?
Ja. Stellen Sie in den Startwerten des Links Bildschirm auf Stroboskop. Lassen Sie Ort (Bildschirm Stroboskop) auf Erde, Bildabstand Δt auf 0,1 und Datensatznummer (automatisch markieren, unbekannter Planet) auf 1, damit die Antworten passen.
Was passiert, wenn Gruppen verschiedene Datensatznummern verwenden?
Jede Datensatznummer ergibt einen anderen unbekannten Planeten, mit g zwischen 3 und 25 m/s² (Datensatz 2: 21,8; Datensatz 3: 8,8). Die Fragen 1, 2, 3 und 5 funktionieren weiterhin, aber der Bereich für Frage 4 passt nur zu Datensatz 1.
Sollen die Lernenden die Bilder antippen oder Automatisch markieren verwenden?
Das Antippen ist die eigentliche Fertigkeit; die Bereiche lassen sorgfältiges Tippen auf einem Smartphone zu. Automatisch markieren passt zu einer kurzen Stunde: Es liegt innerhalb von etwa 1 % der Sollwerte.
Verwandte Simulationen und Leitfäden
g mit dem Fadenpendel bestimmen
Freier Fall und Fall mit Luftwiderstand
Zu Wurfweite, Winkel und Luftwiderstand siehe den Unterrichtsplan zum schiefen Wurf. Eine weitere Methode, g zu messen, zeigt der Unterrichtsentwurf zum Fadenpendel.