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a_mechanik:kippender_besenstiel:gruppenseiten:gruppe322:start [ 5 January 2021 14:34] – [Versuchsaufbau] kirabode | a_mechanik:kippender_besenstiel:gruppenseiten:gruppe322:start [18 January 2021 17:09] (current) – Korrektur kirabode | ||
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=== Beschreiben Sie die Kippbewegung mithilfe physikalischer Begriffe. === | === Beschreiben Sie die Kippbewegung mithilfe physikalischer Begriffe. === | ||
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Solange sich ein Körper in seiner Gleichgewichtsposition nicht bewegt, spricht man von einem statischen Gleichgewicht. Wenn der Körper ungestört bleibt, ist die Summe aller auf ihn wirkenden Kräften und Drehmomente gleich null und somit erfährt dieser keine Translations- oder Rotationsbeschleunigung. | Solange sich ein Körper in seiner Gleichgewichtsposition nicht bewegt, spricht man von einem statischen Gleichgewicht. Wenn der Körper ungestört bleibt, ist die Summe aller auf ihn wirkenden Kräften und Drehmomente gleich null und somit erfährt dieser keine Translations- oder Rotationsbeschleunigung. | ||
Wenn der Stab bei einem Winkel von $\phi=0^\circ$ (in Betracht auf das Lot des Bodens) ruht, spricht man von einem labilen Gleichgewicht, | Wenn der Stab bei einem Winkel von $\phi=0^\circ$ (in Betracht auf das Lot des Bodens) ruht, spricht man von einem labilen Gleichgewicht, | ||
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- | Wenn sich der Schwerpunkt des Gegenstands in seiner Grundfläche befindet spricht man somit von einem labilen Gleichgewicht. In diesem Zustand wird die Gewichtskraft des Stiftes durch die gleich große, aber entgegengestzte Normalkraft des Tisches ausgeglichen | + | Wenn sich der Schwerpunkt des Gegenstands in seiner Grundfläche befindet spricht man somit von einem labilen Gleichgewicht. In diesem Zustand wird die Gewichtskraft des Stiftes durch die gleich große, aber entgegengestzte Normalkraft des Tisches ausgeglichen. Sobald der Gegenstand jedoch etwas aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird, befindet sich sein Schwerpunkt nicht mehr im Bereich der Grundfläche und somit bewirkt die Gewichtskraft einen Drehmoment auf das jeweilige Objekt. Somit gelangen wir zur Definition eines Drehmomentes: |
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Line 37: | Line 40: | ||
- | === Vernachlässigt man die Luftreibung, | + | === Vernachlässigt man die Luftreibung, |
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=== Alltägliche Erfahrung: Je kleiner der Anfangswinkel ist, desto größer ist die Kippzeit T. === | === Alltägliche Erfahrung: Je kleiner der Anfangswinkel ist, desto größer ist die Kippzeit T. === | ||
- | Wenn wir Gleichung (\ref{eq: | + | Wenn wir die Beweungsgleichung |
\begin{align} | \begin{align} | ||
| | ||
Line 55: | Line 58: | ||
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- | Anhand | + | Anhand |
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Line 74: | Line 77: | ||
I_{neu}& | I_{neu}& | ||
\end{align} | \end{align} | ||
- | Setzen wir dies nun in Gleichung | + | Setzen wir dies nun in Gleichung |
\begin{align} | \begin{align} | ||
| | ||
Line 87: | Line 90: | ||
=== Welche Schlussfolgerungen ergeben sich aus diesen Experimenten für das Jonglieren? Wie sollte der Stab beschaffen sein, damit das Jonglierenmöglichst leicht gelingt? === | === Welche Schlussfolgerungen ergeben sich aus diesen Experimenten für das Jonglieren? Wie sollte der Stab beschaffen sein, damit das Jonglierenmöglichst leicht gelingt? === | ||
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- | Es sollte sich um einen langen Stab handeln, da sich bei diesem die Winkelgeschwindigkeit | + | Es sollte sich um einen langen Stab handeln, da sich bei diesem |
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Line 98: | Line 101: | ||
- | < | + | < |
**Aufbau:** | **Aufbau:** | ||
Line 107: | Line 110: | ||
\begin{align}\phi_0=\arccos(\frac{h_{Waage}}{l_{Besen}})\end{align} | \begin{align}\phi_0=\arccos(\frac{h_{Waage}}{l_{Besen}})\end{align} | ||
- | < | + | < |
* Ansetzen der Schaumstofffläche des Haushaltsbesens anhand einer gleichbleibenden Linie auf dem Boden in allen Versuchsdurchgängen | * Ansetzen der Schaumstofffläche des Haushaltsbesens anhand einer gleichbleibenden Linie auf dem Boden in allen Versuchsdurchgängen | ||
* Anheben des Stabendes auf Höhe der Wasserwaage und manuelles fallenlassen | * Anheben des Stabendes auf Höhe der Wasserwaage und manuelles fallenlassen | ||
Line 121: | Line 124: | ||
^ ...Besenlänge | ^ ...Besenlänge | ||
- | |< | + | |< |
Line 209: | Line 212: | ||
===== Theoretische Betrachtung mit dem Zeitschrittverfahren (Programm) ===== | ===== Theoretische Betrachtung mit dem Zeitschrittverfahren (Programm) ===== | ||
+ | <code python Zeitschrittverfahren> | ||
+ | import numpy as np | ||
+ | import matplotlib.pyplot as plt | ||
- | ====== Diese Seiten ====== | ||
- | Diese Seite und ihre Unterseiten sind Ihr Bereich im APwiki für die Bearbeitung | ||
- | des Heim-Versuchs " | ||
- | im Präsenzpraktikum das Heft hat. Das heißt, es ist Ihre Logbuch für das, was | ||
- | Sie konkret experimentell und bei der Programmierung durchführen. | ||
- | Legen Sie Fotos ab, notieren Sie Messwerte, laden sie ihr Programm hoch. Form | + | def phi(t,deltat,l, |
- | und Formatierung sind dabei zweitrangig. | + | ''' |
+ | array, in welchem wir unsere numerischen Werte speichern. Hierbei | ||
+ | beschreibt len(t) die Anzahl der Elemente im jeweiligen Array''' | ||
+ | tau = np.sqrt(2*l/ | ||
+ | phiarray = np.zeros(len(t)) | ||
+ | |||
+ | ''' | ||
+ | durch die jeweilige Funktion im Skript gegeben. Hierbei gehen wir von einer | ||
+ | Anfangswinkelgeschw.=0.''' | ||
+ | winkelbeschleunigung = np.sin(startwinkel)/ | ||
+ | winkelgeschwindigkeit = 0 | ||
+ | phi = startwinkel | ||
+ | phiarray[0] = np.pi/2 - phi | ||
- | Damit dieser Bereich diese Aufgabe erfüllen kann, haben wir ihn mit speziellen | + | ''' |
- | Zugriffsrechten ausgestattet: | + | eine Termination der Schleife bewirkt, wenn der Winkel über pi/2 (90Grad) fällt. |
- | - Ihre Gruppe hat das exklusive Schreibrecht für diese Seite. | + | Die jeweilige Prozedur übernehmen |
- | - Die Seite ist nur für Ihre Gruppe, die Tutoren und die Praktikumsleitung einsehbar. | + | for i in range(len(t)-1): |
+ | | ||
+ | phi = phi + deltat*winkelgeschwindigkeit | ||
+ | winkelbeschleunigung = np.sin(phi)/ | ||
+ | | ||
+ | if(phi > np.pi/2): | ||
+ | phiarray[i+1] = 0 | ||
+ | |||
+ | return phiarray | ||
- | Unten auf dieser Seite finden Sie einen Abschnitt " | ||
- | findet die Kommunikation mit Ihrem Tutor statt. Sie oder er wird Ihnen dort | ||
- | Rückmeldung zu Ihrem Versuchsbericht geben. | ||
- | Hier im Wiki gibt es [[: | + | ''' |
- | Formatierung ihres Versuchsberichts | + | das erste Element |
- | dann im Ilias ab. | + | Falls die der Endzeitpunkt nicht im Intervall bis tmax liegt, erhält man |
+ | die Fehlermeldung -1000.''' | ||
+ | |||
+ | def t_Aufprall(t, | ||
+ | for i in range(len(t)): | ||
+ | if(phi[i] == 0): | ||
+ | return(t[i]) | ||
+ | return(-1000) | ||
+ | | ||
- | < | + | def main(): |
- | den Start erleichtern. Sie können es nach Belieben löschen und durch Ihre | + | ''' |
- | eigenen inhalte ersetzen. </ | + | Der startwinkel wird in rad angegeben, somit ist die Umrechnung |
- | + | | |
- | ===== Computerprogramm | + | die Prozedur vollzogen werden soll. Je kleiner die Zeitschritt, |
- | Dokumentieren Sie hier im Wiki das Programm, das Sie für die Lösung der Bewegungsgleichung des Besenstiels geschrieben haben. Dafür eignet sich dafür besonders gut die Umgebung < | + | |
- | + | | |
- | Außerdem ist es möglich einen Link zum Download des präsentierten Programm-Codes anzuzeigen. Dazu geben Sie in dem einleitenden code-Tag einen Dateinamen an. Der Download bezieht sich unmittelbar auf das Im Editor eingetragene Programmstück. Ein getrennter Upload ist nicht nötig. | + | startwinkel |
- | + | tmin = 0 | |
- | Beispiel: | + | tmax = 1.2 |
- | < | + | deltat |
- | #include <stdio.h> | + | g = 9.81 |
- | int main() | + | t = np.linspace(tmin,tmax,int((tmax - tmin)/ |
- | { | + | |
- | printf("Hello, World!" | + | plt.plot(t,phi(t, |
- | return 0; | + | plt.ylabel(' |
- | } | + | plt.xlabel(' |
- | </ | + | plt.grid(True) |
- | wird dargestellt als | + | plt.show() |
- | <code c [enable_line_numbers="true"] hello-besenstiel-world.c > | + | |
- | #include < | + | |
- | int main() | + | print(' |
- | { | + | |
- | | + | |
- | | + | if __name__=="__main__": |
- | } | + | main() |
- | </ | + | |
- | + | </ | |
- | ===== Bilder einbinden ===== | + | |
- | Ihr Versuchsaufbau sollte so beschrieben sein, dass er für sich stehend verständlich ist - gerne mit einem Foto. | + | |
- | + | ||
- | Ein Bild laden Sie ins Wiki, indem Sie im Editor in der Knopfleiste auf den kleinen Bildrahmen klicken. In einem neuen Fenster öffnet sich ein Dialog mit einem Dateibaum. Dort navigieren Sie zu " | + | |
- | Im einfachsten Fall landet ein Bild direkt an der Stelle im Text, an der Sie es eingefügt haben (Siehe [[doku> | ||
- | ===== Tabellen | + | ===== Literatur |
- | Für eine Tabelle mit Ihren Messwerten gibt es im oben im Editfenster des Wikis eine Hilfsfunktion. Sie versteckt sich hinter einem Knopf der so aussieht, wie ein hellblauer Taschenrechner. | + | |
- | ===== Syntax und Funktionen im Wiki ===== | + | | [Gia09] |
- | Hier noch Links zu | + | |
- | * den [[doku> | + | |
- | * [[:wiki: | + | |
- | * [[:wiki: | + | |