3B SCIENTIFIC PHYSICS U52006 Manual De Instrucciones página 2

Rotation versetzt werden, wobei das Doppelkugellager
eine nahezu reibungsfreie, lange Rotationsdauer gewähr-
leistet. Dabei erlaubt die offene Bauweise des Gyroskops
eine sehr gute Beobachtung der Kreiselphänomene.
Skala:
Skalenteilung:
Kreisscheibe:
Masse Scheibe:
Masse Gegengewichte:
Gesamtmasse:
2.2 Zubehör Gyroskop
Der Zubehörsatz zum Gyroskop U52006 besteht aus ei-
ner weiteren Kreisscheibe und einem Kompensationsge-
wicht. Er dient zur Demonstration der Aufhebung der
Kreiselphänomene bei zwei entgegengesetzt rotierenden
Scheiben mit gleicher Drehzahl.
3. Theorie
Unter einem Kreisel versteht man einen starren Körper,
der sich um eine in einem Punkt fixierte Achse dreht.
Wirkt auf den Kreisel kein äußeres Drehmoment, dann
behält die Drehachse (gleichzeitig Drehimpulsachse) ihre
Lage im Raum bei. Greift eine äußere Kraft an der Achse
an, so bewirkt das Drehmoment eine Änderung des Dreh-
impulses. Die Achse weicht seitlich aus. Der Kreisel be-
wegt sich in die zur Figurenachse und zur einwirkenden
Kraft senkrechte Richtung. Diese Bewegung wird als Prä-
zession bezeichnet. Erhält ein ruhig drehender Kreisel ei-
nen Stoß gegen seine Drehachse, so bewirkt dieses Dreh-
moment eine zusätzliche Drehbewegung. Der Kreisel
führt Kippbewegungen aus, die Nutation genannt wer-
den. Beide Bewegungen überlagern sich im Allgemeinen.
4. Bedienung
• Stativfuß
5 auf eine ebene, schwingungsfreie Ar-
beitsplatte platzieren.
• Stativstange
in den Stativfuß stellen und fixieren.
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• Gyroskopachse
in das Lager einsetzen.
2
• Mittels der Libelle
Gerät waagrecht ausrichten.
bm
• Kreisscheibe
und Gegengewichte
1
Achse schieben. Kreisscheibe mit dem Sprengring si-
chern. Gyroskop ins Gleichgewicht bringen. Feinjus-
tierung mit der Stellschraube
• Gerät per Hand oder mittels der auf der Seiltrommel
aufgewickelten Schnur in Rotation versetzen.
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5. Versuchsbeispiele
Zur Durchführung der Experimente sind folgende Geräte
zusätzlich erforderlich:
• U11901 Mechanische Additions-Stoppuhr zur Messung
der Präzessions- und Nutationsfrequenz
• U15002 Stativstange und U13250 Doppelmuffe zum
Fixieren des Kreisels
• U18020 Lichtschranke und U21005 Digitalzähler zum
Messen der Umlaufzeit der Kreisscheibe
– 45° bis + 45°
1°
250 mm Ø
1500 g
50 g, 1400 g
4650 g
, auf die
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vornehmen.
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5.1 Bestimmung des Trägheitsmoments I der
Kreisscheibe
• Gyroskop gemäß Fig. 1 aufbauen und ins Gleichge-
wicht bringen.
• Auf die Scheibe wird ein bekanntes Drehmoment D
ausgeübt. Die bewirkte Winkelbeschleunigung dω/dt
wird gemessen. Es gilt:
• Dazu Schnur auf die Seiltrommel aufwickeln und am
Ende der Schnur ein Gewichtstück aufhängen und
fallen lassen.
• Für das Drehmoment D gilt D = mgr (m = Masse des
beschleunigenden Gewichtsstücks und r = Radius der
Seiltrommel).
• Zur Bestimmung der Winkelbeschleunigung wird die
Zeit ∆t gemessen von der Freigabe der Scheibe bis
zum Auftreffen des Gewichtstücks auf dem Boden.
• Dann sofort die Winkelgeschwindigkeit ω
men. Dazu mit der Lichtschranke die Dauer eines
Scheibenumlaufs messen. Vor dem Versuch einen
weichen Papierstreifen an den Rand der Kreisscheibe
kleben.
• Das Trägheitsmoments I ergibt sich aus:
ω
d
=
dt
Fig.1: Bestimmung des Trägheitsmoments der Kreisscheibe
5.2 Präzession
• Ziel des Versuchs ist es die Präzession zu demonstrie-
ren und die Abhängigkeit der Präzessionsdauer von
der Rotationsfrequenz der Scheibe zu untersuchen.
• Gyroskop gemäß Fig. 2 aufbauen und ins Gleichge-
wicht bringen.
• Zusatzgewicht an die Achse hängen.
• Gerät per Hand oder mittels der Schnur in Rotation
versetzen.
• Das Gyroskop führt eine Präzessionsbewegung aus.
2
ω
d D
=
dt I
bestim-
E
∆
ω
D t
E I =
ω
∆
t
E