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Cushion Catapult

2024-06-09T21:21:31Z

DonikaK: Tippfehler

== Projektvorstellung ==
Aufgabe: „Place an object on a large air cushion and drop another object on it, in such a way that the first object is catapulted away. Investigate how the exit velocity depends on relevant parameters.“

Um die Aufgabenstellung zu erfüllen, müssen zunächst die relevanten Parameter ermittelt werden, untersucht werden und anschließend erklärt werden.

Die Aufgabebeschreibt ein Luftkissen, worauf ein Objekt runterfallen gelassen wird, wodurch ein zweites Objekt katapultiert wird.

== Aufbau ==
[[Datei:Experiment Set-Up.png|mini|Aufbau mit Alltagsmaterialien]]
Zuerst die Anmerkung, dass wir den Aufbau variiert haben, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Anstatt ein Objekt fallen zu lassen, kippt ein Objekt auf das Luftkissen.

In unserem Fall ist das Luftkissen eine luftdicht verschlossene Plastiktüte auf welcher eine Murmel platziert wird. Das kippende Objekt ist die Styroporplatte.

Da die Lage der Murmel übt sich nicht auf den Versuch auf, aufgrund ihrer runden Form. Außerdem wurde diese stets an einer markierten Stelle platziert, ebenso wurde der Abstand von der Plastiktüte und der Platte gleich gehalten, sodass die erhaltenden Ergebnisse stets unter gleichen Bedingungen erfolgten.

Eine weitere Bedingung ist, dass die Styroporplatte nach dem Aufkommen auf dem Luftkissen den Boden nicht berühren soll.

Unterschied eines fallenden und kippenden Objekt:
{| class="wikitable"
|Objekt fällt von einer Höhe
|Kippendes Objekt
|-
|•Vertikale Bewegung

entgegengesetzt des fallenden Objektes

•weniger reproduzierbar
|
* Bewegung vergleichbar mit Parabel (schiefer Wurf)
* in selbe Richtung wie kippendes Objekt
* höhere Reproduzierbarkeit
|}

== Theorie ==
[[Datei:Energieübertragung.png|mini|ΔE= "verlorene" Energie]]
Weswegen überhaupt erfolgt die Bewegung der Murmel?

In unserem Experiment erfolgt eine Energieübertragung zwischen der Styroporplatte und dem auf dem Luftkissen platzierter Murmel. Dabei wird ein Teil der Anfangsenergie in beispielsweise thermale Energie umgewandelt (ΔE).

Sobald die Styroporplatte aus das Luftkissen trifft, strömt sich die darin enthaltende Luft in die jeweils andere Richtung, wo sich in unserem Fall die Murmel befindet, welche daraufhin katapultiert wird.

Sprich umso mehr Anfangsenergie verwendet wird, umso höher/weiter/schneller/ wird sich die Murmel bewegen.

=== Energieerhaltungssatz ===
Zu erklären ist dies durch den Energieerhaltungssatz. Nämlich bleibt in einem abgeschlossenem System alles an Energie erhalten, diese wird beziehungsweise kann lediglich in jeweils anderen Energieformen umgewandelt werden.

=== Energien ===
Folgende Energieformen werden betrachtet:

'''Potentielle Energie:'''
[[Datei:Energien.png|mini]]
• abhängig von relativen Position

• Objekt über den Boden gehoben --> gewinnt potentielle Energie

• Eigenschaft eines Systems, z.B. Erde/erhöhte Kugel

* Epot = m·g·h

'''Kinetische Energie:'''

• abhängig von Bewegung und Masse

• Eigenschaft eines sich bewegenden Objekts

• Wenn Arbeit durch die Anwendung an Kraft --> Objekt wird beschleunigt, gewinnt kinetische Energie

* Ekin = 1/2·m·v2

Zu beachten sind die potentielle Energie der Murmel, sofern sie zu Beginn auf dem Luftkissen sitzt, die potentielle Energie der Styroporplatte in jeweils Sequenz eins und in Sequenz zwei und die kinetische Energie der Murmel nach.

Eine weitere Möglichkeit die Bewegung der Styroporplatte darzustellen, ist anhand Rotationsenergie.

=== Energieerhaltungssatz Anwendung ===
[[Datei:Sequenz 1.png|mini|Sequenz 1]]

Um den Energieerhaltungssatz auf unser Experiment anzuwenden, teilen wir diesen in zwei "Sequenzen" auf. Wobei die erste Sequenz den Anfangsmoment betrachtet, wobei keines der Objekte sich bewegt. Zu berücksichtigen hierbei ist die potentielle Energie der Murmel (sofern sie wenn sie auf dem Luftkissen sitzend den Boden nicht berührt) und die potentielle Energie der Styroporplatte.

[[Datei:Sequenz 2.png|alternativtext=Sequenz 2|mini|Sequenz 2]]
Nachdem die Bewegung erfolgt und sie Styroporplatte aufgekommen ist, ist erneut die potentielle Energie der Styroporplatte zu betrachten, da sie den Boden nicht berührt

die kinetische Energie der Murmel.

Eine daraus resultierende Gleichung sieht folgendermaßen aus:

EpotS1+EpotM =EpotS2 +EkinM+ΔE

=== Bewegung der Styroporplatte ===
[[Datei:Masseschwerpunkt.png|mini]]

Sobald die potentielle Energie der Styroporplatte gemessen wird, muss dabei der Masseschwerpunkt beachtet werden, welcher sich bei zusätzlicher Masse verändert.

Dabei wird die ursprüngliche potentielle Energie der Styroporplatte mit der potentiellen Energie des neuen Objektes addiert.

== Parameter ==

'''Masse der Murmel:'''

* Je mehr Masse ein Körper hat, desto mehr Energie benötigt man um diesen zu bewegen

'''Kontaktfläche der Styroporplatte:'''

* unterschiedliche Kontaktflächen drücken unterschiedliche Mengen an Luft weg (innerhalb des Cushions)
'''Luftinhalt der Plastiktüte:'''
[[Datei:Luftinhalt.png|mini|Die Geschwindigkeit des katapultierten Objekts im Verhältnis zu dem Luftinhalt der Plastiktüte]]
* sofern das Luftkissen komplett mit Luft befüllt ist, können sich die Luftteilchen nicht frei bewegen
* sofern zu wenig oder gar keine Luft in dem Luftkissen vorhanden ist, erfolgt die Bewegung des zweiten Objektes nicht
Daher gibt es einen "optimalen Luftinhalt". Auch dies ist jedoch Abhängig, von der Kontaktfläche der Styroporplatte, doch allgemein ist zu sagen, dass zu viel Luft die Murmel nicht schneller macht, sondern es (in Abhängigkeit von der Kontaktfläche des kippenden Objektes) eine optimalen Inhalt gibt.

'''Masse der Styroporplatte:'''

* Es sollte nicht zu viel sein, da sonst das Luftkissen platzen oder den Boden berühren könnte

'''Geschwindigkeit der Styroporplatte'''

* Wenn die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, nehmen auch die maximale Höhe und der maximale horizontale Abstand der Murmel zu.

'''Platzierung der Murmel'''

Es ergaben sich Unterschiede in dem Bewegungsverlauf der Murmel, sofern diese an unterschiedlichen Stellen auf dem Luftkissen platziert worden sind. Wenn die Murmel mittig lag, entstand eine weniger parabelartige Bewegung, sondern vergleichsweise vertikale.

Die für unsere Erarbeitungen ideale Flugkurve erhielten wir sobald die Murmel außen auf der Plastiktüte gesetzte wurde.

==== Untersuchte Parameter ====
'''Masse der Styroporplatte'''

Die Masse der Styroporplatte wurde durch das Hinzufügen von Gewichten verändert, beispielsweise durch das Aufkleben von Stiften.

'''Geschwindigkeit der Styropor platte'''

Wir veränderten die Geschwindigkeit der Styroporplatte, indem wir sie stärker drückten.

'''Luftinhalt der Plastik Tüte'''

Wir konnten den Luftinhalt in der Plastik Tüte variieren, indem wir sie mit mehr Luft füllten.

== Daten ==
Im folgenden sind Ergebnisse von Versuchen aufgelistet, welche die Einflüsse unterschiedlicher Parameter darstellen.

Die dargestellten Daten sind Durschnitte, Abweichungen wurden nicht berücksichtigt.

=== Winkelgeschwindigkeit der Styroporplatte ===
{| class="wikitable"
|Winkelgeschwindigkeit

der Platte
|max. Höhe der

Murmel in m
|max. Distanz in y-Richtung

der Murmel in m

|-
|97,14°/s
|0,3
|0,46
|-
|121,37°/s
|0,32
|0,42
|-
|190,1°/s
|0,3
|0,42
|-
|207,17°/s
|0,31
|0,47
|-
|230,93°/s
|0,31
|0,58
|-
|285,08°/s
|0,31
|0,56
|-
|440,6°/s
|0,33
|0,6
|}
Wenn sich die Winkelgeschwindigkeit der Styropor platte erhöht, indem man sie mit größerer Kraft drückt, bleibt die maximale Höhe der Murmel quasi gleich, aber der maximale horizontale Abstand der Murmel nimmt zu.

=== Änderung des Gewichtes der Styroporplatte ===
{| class="wikitable"
|(zusätzliches) Gewicht

auf Styroporplatte
|Geschwindigkeit

von Murmel in m/s
|Maximum erreicht

Höhe der Murmel in m
|max. horizontal Entfernung*

der Murmel in m
|-
| -
|1,62
|0,31
|0,49
|-
|4 Stifte
|1,94
|0,44
|0,8
|-
|6 Stifte
|2,42
|0,47
|1,17
|}
{| class="wikitable"
|Masse der Styroporplatte
|v von Murmel

in m/s
|vx von Murmel

in m/s
|vy von Murmel

in m/s
|max. x

in m
|max. y

In m
|-
|0,77kg
|1,33
|0,91
|0,7
|0,37
|0,3
|-
|0,79kg
|1,67
|1,33
|1,11
|0,443
|0,32
|-
|0,81kg
|1,9
|1,3

|1,18

|0,7
|0,35
|}
Wenn die Masse des Styropors durch zusätzliches Gewicht zunimmt, nehmen die horizontale und vertikale Geschwindigkeit der Murmel, die maximale Höhe und die maximale horizontale Entfernung der Murmel zu.

=== Luftinhalt der Plastiktüte ===
{| class="wikitable"
|Luftinhalt
|v in m/s

von Murmel
|vx m/s

von Murmel
|vy m/s

von Murmel
|max. horizontaler

Abstand vom Boden
|max. vertikale

Distanz
|-
|<nowiki>+++</nowiki>
|1,91
|1,36
|1,31
|0,5
|0,34
|-
|<nowiki>++</nowiki>
|1,25
|0,78
|0,95
|0,32
|0,22
|-
|<nowiki>+</nowiki>
|1,06
|0,75
|0,71
|0,26
|0,18
|}
Wenn der Luftinhalt in der Plastiktüte zunimmt, indem sie mit mehr Luft gefüllt wird, erhöhen sich auch andere Werte wie die horizontale und vertikale Geschwindigkeit der Murmel.

Die Pluszeichen zeigen den Luftinhalt in den Plastiktüten an. +++ hat die meiste Luft darin, + die wenigste

== Fazit ==
Durch sorgfältige Analyse und Variation der relevanten Parameter konnten wir feststellen, dass die Austrittsgeschwindigkeit der Murmel maßgeblich durch die Masse und Geschwindigkeit der Styropor platte sowie den Luftgehalt der Plastiktüte beeinflusst wird. Diese

Erkenntnisse bestätigen die theoretischen Annahmen und verdeutlichen die komplexen Wechselwirkungen zwischen den beteiligten physikalischen Größen. Das Experiment veranschaulicht eindrucksvoll, wie durch gezielte Anpassungen der Parameter die Effizienz der Energieübertragung und damit die Bewegung des katapultierten Objekts optimiert werden kann.

== Erfolge ==
BeGYPT-Teilnahme

== Quellen ==
Energie und Energieerhaltungssatz | LEIFIphysik

Schiefer Wurf · Wurfparabel Formel

Datei:Luftinhalt.png

2024-06-09T21:14:23Z

DonikaK:

luftinhalt

Cushion Catapult

2024-06-09T18:18:05Z

DonikaK: /* Änderung des Gewichtes */

== Projektvorstellung ==
Aufgabe: „Place an object on a large air cushion and drop another object on it, in such a way that the first object is catapulted away. Investigate how the exit velocity depends on relevant parameters.“

Um die Aufgabenstellung zu erfüllen, müssen zunächst die relevanten Parameter ermittelt werden, untersucht werden und anschließend erklärt werden.

Die Aufgabebeschreibt ein Luftkissen, worauf ein Objekt runterfallen gelassen wird, wodurch ein zweites Objekt katapultiert wird.

== Aufbau ==
[[Datei:Experiment Set-Up.png|mini|Aufbau mit Alltagsmaterialien]]
Zuerst die Anmerkung, dass wir den Aufbau variiert haben, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Anstatt ein Objekt fallen zu lassen, kippt ein Objekt auf das Luftkissen.

In unserem Fall ist das Luftkissen eine luftdicht verschlossene Plastiktüte auf welcher eine Murmel platziert wird. Das kippende Objekt ist die Styroporplatte.

Da die Lage der Murmel übt sich nicht auf den Versuch auf, aufgrund ihrer runden Form. Außerdem wurde diese stets an einer markierten Stelle platziert, ebenso wurde der Abstand von der Plastiktüte und der Platte gleich gehalten, sodass die erhaltenden Ergebnisse stets unter gleichen Bedingungen erfolgten.

Eine weitere Bedingung ist, dass die Styroporplatte nach dem Aufkommen auf dem Luftkissen den Boden nicht berühren soll.

Unterschied eines fallenden und kippenden Objekt:
{| class="wikitable"
|Objekt fällt von einer Höhe
|Kippendes Objekt
|-
|•Vertikale Bewegung

entgegengesetzt des fallenden Objektes

•weniger reproduzierbar
|
* Bewegung vergleichbar mit Parabel (schiefer Wurf)
* in selbe Richtung wie kippendes Objekt
* höhere Reproduzierbarkeit
|}

== Theorie ==
[[Datei:Energieübertragung.png|mini|ΔE= "verlorene" Energie]]
Weswegen überhaupt erfolgt die Bewegung der Murmel?

In unserem Experiment erfolgt eine Energieübertragung zwischen der Styroporplatte und dem auf dem Luftkissen platzierter Murmel. Dabei wird ein Teil der Anfangsenergie in beispielsweise thermale Energie umgewandelt (ΔE).

Sobald die Styroporplatte aus das Luftkissen trifft, strömt sich die darin enthaltende Luft in die jeweils andere Richtung, wo sich in unserem Fall die Murmel befindet, welche daraufhin katapultiert wird.

=== Energieerhaltungssatz ===
Zu erklären ist dies durch den Energieerhaltungssatz. Nämlich bleibt in einem abgeschlossenem System alles an Energie erhalten, diese wird beziehungsweise kann lediglich in jeweils anderen Energieformen umgewandelt werden.

=== Energien ===
Folgende Energieformen werden betrachtet:

'''Potentielle Energie:'''
[[Datei:Energien.png|mini]]
• abhängig von relativen Position

• Objekt über den Boden gehoben --> gewinnt potentielle Energie

• Eigenschaft eines Systems, z.B. Erde/erhöhte Kugel

* Epot = m·g·h

'''Kinetische Energie:'''

• abhängig von Bewegung und Masse

• Eigenschaft eines sich bewegenden Objekts

• Wenn Arbeit durch die Anwendung an Kraft --> Objekt wird beschleunigt, gewinnt kinetische Energie

* Ekin = 1/2·m·v2

Zu beachten sind die potentielle Energie der Murmel, sofern sie zu Beginn auf dem Luftkissen sitzt, die potentielle Energie der Styroporplatte in jeweils Sequenz eins und in Sequenz zwei und die kinetische Energie der Murmel nach.

Eine weitere Möglichkeit die Bewegung der Styroporplatte darzustellen, ist anhand Rotationsenergie

=== Energieerhaltungssatz Anwendung ===
[[Datei:Sequenz 1.png|mini|Sequenz 1]]

Um den Energieerhaltungssatz auf unser Experiment anzuwenden, teilen wir diesen in zwei "Sequenzen" auf. Wobei die erste Sequenz den Anfangsmoment betrachtet, wobei keines der Objekte sich bewegt. Zu berücksichtigen hierbei ist die potentielle Energie der Murmel (sofern sie wenn sie auf dem Luftkissen sitzend den Boden nicht berührt) und die potentielle Energie der Styroporplatte.

[[Datei:Sequenz 2.png|alternativtext=Sequenz 2|mini|Sequenz 2]]
Nachdem die Bewegung erfolgt und sie Styroporplatte aufgekommen ist, ist erneut die potentielle Energie der Styroporplatte zu betrachten, da sie den Boden nicht berührt

die kinetische Energie der Murmel.

Eine daraus resultierende Gleichung sieht folgendermaßen aus:

EpotS1+EpotM =EpotS2 +EkinM+ΔE

Werte sind einzusetzen

=== Bewegung der Styroporplatte ===
[[Datei:Masseschwerpunkt.png|mini]]

== Parameter ==

Masse der Murmel:

* Je mehr Masse ein Körper hat, desto mehr Energie benötigt man um diesen zu bewegen

Kontaktfläche der Styroporplatte:

* unterschiedliche Kontaktflächen drücken unterschiedliche Mengen an Luft weg (innerhalb des Cushions)
Luftinhalt der Plastik Tüte:
* sofern das Luftkissen komplett mit Luft befüllt ist, können sich die Luftteilchen nicht frei bewegen
* sofern zu wenig oder gar keine Luft in der Lufttüte vorhanden ist, erfolgt die Bewegung des zweiten Objektes nicht.

Masse der Styroporplatte:

* Es sollte nicht zu viel sein, da sonst das Luftkissen platzen oder den Boden berühren könnte

Geschwindigkeit der Styroporplatte

* Wenn die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, nehmen auch die maximale Höhe und der maximale horizontale Abstand der Murmel zu.

Platzierung der Murmel

Wir platzierten eine Murmel auf einer markierten Stelle und stellten sicher, dass sie nach jedem Experiment an der gleichen Stelle war.

==== Untersuchte Parameter ====
-Masse der Styropor platte

Die Masse der Styroporplatte wurde durch das Hinzufügen von Gewichten verändert, beispielsweise durch das Aufkleben von Stiften.

-Geschwindigkeit der Styropor platte

Wir veränderten die Geschwindigkeit der Styroporplatte, indem wir sie stärker drückten.

-Luftinhalt der Plastik Tüte

wir konnten den Luftinhalt in der Plastik Tüte variieren, indem wir sie mit mehr Luft füllten.

== Daten ==

=== Winkelgeschwindigkeit ===
{| class="wikitable"
|Winkelgeschwindigkeit

der Platte
|max. Höhe der

Murmel in m
|max. Distanz in y-Richtung

der Murmel in m

|-
|97,14°/s
|0,3
|0,46
|-
|121,37°/s
|0,32
|0,42
|-
|190,1°/s
|0,3
|0,42
|-
|207,17°/s
|0,31
|0,47
|-
|230,93°/s
|0,31
|0,58
|-
|285,08°/s
|0,31
|0,56
|-
|440,6°/s
|0,33
|0,6
|}
Wenn sich die Winkelgeschwindigkeit der Styropor platte erhöht, indem man sie mit größerer Kraft drückt, bleibt die maximale Höhe der Murmel quasi gleich, aber der maximale horizontale Abstand der Murmel nimmt zu.

=== Änderung des Gewichtes ===
{| class="wikitable"
|(zusätzliches) Gewicht

auf Styroporplatte
|Geschwindigkeit

von Murmel in m/s
|Maximum erreicht

Höhe der Murmel in m
|max. horizontal Entfernung*

der Murmel in m
|-
|none
|1,62
|0,31
|0,49
|-
|4 pens
|1,94
|0,44
|0,8
|-
|6 pens
|2,42
|0,47
|1,17
|}
{| class="wikitable"
|
|v von Murmel

in m/s
|vx von Murmel

in m/s
|vy von Murmel

in m/s
|max. x

in m
|max. y

In m
|-
|0 pens
|1,33
|0,91
|0,7
|0,37
|0,3
|-
|2 pens
|1,67
|1,33
|1,11
|0,443
|0,32
|-
|4 pens
|1,9
|1,3

|1,18

|0,7
|0,35
|}
Wenn die Masse des Styropors durch zusätzliches Gewicht zunimmt, nehmen die horizontale und vertikale Geschwindigkeit der Murmel, die maximale Höhe und die maximale horizontale Entfernung der Murmel zu.

=== Luftinhalt ===
{| class="wikitable"
|Luftinhalt
|v in m/s

von Murmel
|vx m/s

von Murmel
|vy m/s

von Murmel
|max. horizontaler

Abstand vom Boden
|max. vertikale

Distanz
|-
|<nowiki>+++</nowiki>
|1,91
|1,36
|1,31
|0,5
|0,34
|-
|<nowiki>++</nowiki>
|1,25
|0,78
|0,95
|0,32
|0,22
|-
|<nowiki>+</nowiki>
|1,06
|0,75
|0,71
|0,26
|0,18
|}

* Wenn der Luftinhalt in der Plastiktüte zunimmt, indem sie mit mehr Luft gefüllt wird, erhöhen sich auch andere Werte wie die horizontale und vertikale Geschwindigkeit der Murmel.

* Die Pluszeichen zeigen den Luftinhaltt in den Plastiktüten an. +++ hat die meiste Luft darin, + die wenigste

== Fazit ==
Durch sorgfältige Analyse und Variation der relevanten Parameter konnten wir feststellen, dass die Austrittsgeschwindigkeit der Murmel maßgeblich durch die Masse und Geschwindigkeit der Styropor platte sowie den Luftgehalt der Plastiktüte beeinflusst wird. Diese

Erkenntnisse bestätigen die theoretischen Annahmen und verdeutlichen die komplexen Wechselwirkungen zwischen den beteiligten physikalischen Größen. Das Experiment veranschaulicht eindrucksvoll, wie durch gezielte Anpassungen der Parameter die Effizienz der Energieübertragung und damit die Bewegung des katapultierten Objekts optimiert werden kann.

== Erfolge ==
BeGYPT-Teilnahme

== Quellen ==
-Leifiphysik

Cushion Catapult

2024-06-09T18:07:55Z

DonikaK: /* Luftinhalt */

== Projektvorstellung ==
Aufgabe: „Place an object on a large air cushion and drop another object on it, in such a way that the first object is catapulted away. Investigate how the exit velocity depends on relevant parameters.“

Um die Aufgabenstellung zu erfüllen, müssen zunächst die relevanten Parameter ermittelt werden, untersucht werden und anschließend erklärt werden.

Die Aufgabebeschreibt ein Luftkissen, worauf ein Objekt runterfallen gelassen wird, wodurch ein zweites Objekt katapultiert wird.

== Aufbau ==
[[Datei:Experiment Set-Up.png|mini|Aufbau mit Alltagsmaterialien]]
Zuerst die Anmerkung, dass wir den Aufbau variiert haben, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Anstatt ein Objekt fallen zu lassen, kippt ein Objekt auf das Luftkissen.

In unserem Fall ist das Luftkissen eine luftdicht verschlossene Plastiktüte auf welcher eine Murmel platziert wird. Das kippende Objekt ist die Styroporplatte.

Da die Lage der Murmel übt sich nicht auf den Versuch auf, aufgrund ihrer runden Form. Außerdem wurde diese stets an einer markierten Stelle platziert, ebenso wurde der Abstand von der Plastiktüte und der Platte gleich gehalten, sodass die erhaltenden Ergebnisse stets unter gleichen Bedingungen erfolgten.

Eine weitere Bedingung ist, dass die Styroporplatte nach dem Aufkommen auf dem Luftkissen den Boden nicht berühren soll.

Unterschied eines fallenden und kippenden Objekt:
{| class="wikitable"
|Objekt fällt von einer Höhe
|Kippendes Objekt
|-
|•Vertikale Bewegung

entgegengesetzt des fallenden Objektes

•weniger reproduzierbar
|
* Bewegung vergleichbar mit Parabel (schiefer Wurf)
* in selbe Richtung wie kippendes Objekt
* höhere Reproduzierbarkeit
|}

== Theorie ==
[[Datei:Energieübertragung.png|mini|ΔE= "verlorene" Energie]]
Weswegen überhaupt erfolgt die Bewegung der Murmel?

In unserem Experiment erfolgt eine Energieübertragung zwischen der Styroporplatte und dem auf dem Luftkissen platzierter Murmel. Dabei wird ein Teil der Anfangsenergie in beispielsweise thermale Energie umgewandelt (ΔE).

Sobald die Styroporplatte aus das Luftkissen trifft, strömt sich die darin enthaltende Luft in die jeweils andere Richtung, wo sich in unserem Fall die Murmel befindet, welche daraufhin katapultiert wird.

=== Energieerhaltungssatz ===
Zu erklären ist dies durch den Energieerhaltungssatz. Nämlich bleibt in einem abgeschlossenem System alles an Energie erhalten, diese wird beziehungsweise kann lediglich in jeweils anderen Energieformen umgewandelt werden.

=== Energien ===
Folgende Energieformen werden betrachtet:

'''Potentielle Energie:'''
[[Datei:Energien.png|mini]]
• abhängig von relativen Position

• Objekt über den Boden gehoben --> gewinnt potentielle Energie

• Eigenschaft eines Systems, z.B. Erde/erhöhte Kugel

* Epot = m·g·h

'''Kinetische Energie:'''

• abhängig von Bewegung und Masse

• Eigenschaft eines sich bewegenden Objekts

• Wenn Arbeit durch die Anwendung an Kraft --> Objekt wird beschleunigt, gewinnt kinetische Energie

* Ekin = 1/2·m·v2

Zu beachten sind die potentielle Energie der Murmel, sofern sie zu Beginn auf dem Luftkissen sitzt, die potentielle Energie der Styroporplatte in jeweils Sequenz eins und in Sequenz zwei und die kinetische Energie der Murmel nach.

Eine weitere Möglichkeit die Bewegung der Styroporplatte darzustellen, ist anhand Rotationsenergie

=== Energieerhaltungssatz Anwendung ===
[[Datei:Sequenz 1.png|mini|Sequenz 1]]

Um den Energieerhaltungssatz auf unser Experiment anzuwenden, teilen wir diesen in zwei "Sequenzen" auf. Wobei die erste Sequenz den Anfangsmoment betrachtet, wobei keines der Objekte sich bewegt. Zu berücksichtigen hierbei ist die potentielle Energie der Murmel (sofern sie wenn sie auf dem Luftkissen sitzend den Boden nicht berührt) und die potentielle Energie der Styroporplatte.

[[Datei:Sequenz 2.png|alternativtext=Sequenz 2|mini|Sequenz 2]]
Nachdem die Bewegung erfolgt und sie Styroporplatte aufgekommen ist, ist erneut die potentielle Energie der Styroporplatte zu betrachten, da sie den Boden nicht berührt

die kinetische Energie der Murmel.

Eine daraus resultierende Gleichung sieht folgendermaßen aus:

EpotS1+EpotM =EpotS2 +EkinM+ΔE

Werte sind einzusetzen

=== Bewegung der Styroporplatte ===
[[Datei:Masseschwerpunkt.png|mini]]

== Parameter ==

Masse der Murmel:

* Je mehr Masse ein Körper hat, desto mehr Energie benötigt man um diesen zu bewegen

Kontaktfläche der Styroporplatte:

* unterschiedliche Kontaktflächen drücken unterschiedliche Mengen an Luft weg (innerhalb des Cushions)
Luftinhalt der Plastik Tüte:
* sofern das Luftkissen komplett mit Luft befüllt ist, können sich die Luftteilchen nicht frei bewegen
* sofern zu wenig oder gar keine Luft in der Lufttüte vorhanden ist, erfolgt die Bewegung des zweiten Objektes nicht.

Masse der Styroporplatte:

* Es sollte nicht zu viel sein, da sonst das Luftkissen platzen oder den Boden berühren könnte

Geschwindigkeit der Styroporplatte

* Wenn die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, nehmen auch die maximale Höhe und der maximale horizontale Abstand der Murmel zu.

Platzierung der Murmel

Wir platzierten eine Murmel auf einer markierten Stelle und stellten sicher, dass sie nach jedem Experiment an der gleichen Stelle war.

==== Untersuchte Parameter ====
-Masse der Styropor platte

Die Masse der Styroporplatte wurde durch das Hinzufügen von Gewichten verändert, beispielsweise durch das Aufkleben von Stiften.

-Geschwindigkeit der Styropor platte

Wir veränderten die Geschwindigkeit der Styroporplatte, indem wir sie stärker drückten.

-Luftinhalt der Plastik Tüte

wir konnten den Luftinhalt in der Plastik Tüte variieren, indem wir sie mit mehr Luft füllten.

== Daten ==

=== Winkelgeschwindigkeit ===
{| class="wikitable"
|Winkelgeschwindigkeit

der Platte
|max. Höhe der

Murmel in m
|max. Distanz in y-Richtung

der Murmel in m

|-
|97,14°/s
|0,3
|0,46
|-
|121,37°/s
|0,32
|0,42
|-
|190,1°/s
|0,3
|0,42
|-
|207,17°/s
|0,31
|0,47
|-
|230,93°/s
|0,31
|0,58
|-
|285,08°/s
|0,31
|0,56
|-
|440,6°/s
|0,33
|0,6
|}
Wenn die Winkelgeschwindigkeit der Murmel zunimmt, bleibt die maximale Höhe der Murmel quasi gleich, aber der maximale horizontale Abstand der Murmel nimmt zu

=== Änderung des Gewichtes ===
{| class="wikitable"
|(zusätzliches) Gewicht

auf Styroporplatte
|Geschwindigkeit

von Murmel in m/s
|Maximum erreicht

Höhe der Murmel in m
|max. horizontal Entfernung*

der Murmel in m
|-
|none
|1,62
|0,31
|0,49
|-
|4 pens
|1,94
|0,44
|0,8
|-
|6 pens
|2,42
|0,47
|1,17
|}
{| class="wikitable"
|
|v von Murmel

in m/s
|vx von Murmel

in m/s
|vy von Murmel

in m/s
|max. x

in m
|max. y

In m
|-
|0 pens
|1,33
|0,91
|0,7
|0,37
|0,3
|-
|2 pens
|1,67
|1,33
|1,11
|0,443
|0,32
|-
|4 pens
|1,9
|1,3

|1,18

|0,7
|0,35
|}
Wenn die Masse des Styropors durch zusätzliches Gewicht zunimmt, nehmen die horizontale und vertikale Geschwindigkeit der Murmel, die maximale Höhe und die maximale horizontale Entfernung der Murmel zu.

=== Luftinhalt ===
{| class="wikitable"
|Luftinhalt
|v in m/s

von Murmel
|vx m/s

von Murmel
|vy m/s

von Murmel
|max. horizontaler

Abstand vom Boden
|max. vertikale

Distanz
|-
|<nowiki>+++</nowiki>
|1,91
|1,36
|1,31
|0,5
|0,34
|-
|<nowiki>++</nowiki>
|1,25
|0,78
|0,95
|0,32
|0,22
|-
|<nowiki>+</nowiki>
|1,06
|0,75
|0,71
|0,26
|0,18
|}

Wenn der Luftinhalt in der Plastiktüte zunimmt, indem sie mit mehr Luft gefüllt wird, erhöhen sich auch andere Werte wie die horizontale und vertikale Geschwindigkeit der Murmel.

== Fazit ==
Durch sorgfältige Analyse und Variation der relevanten Parameter konnten wir feststellen, dass die Austrittsgeschwindigkeit der Murmel maßgeblich durch die Masse und Geschwindigkeit der Styropor platte sowie den Luftgehalt der Plastiktüte beeinflusst wird. Diese

Erkenntnisse bestätigen die theoretischen Annahmen und verdeutlichen die komplexen Wechselwirkungen zwischen den beteiligten physikalischen Größen. Das Experiment veranschaulicht eindrucksvoll, wie durch gezielte Anpassungen der Parameter die Effizienz der Energieübertragung und damit die Bewegung des katapultierten Objekts optimiert werden kann.

== Erfolge ==
BeGYPT-Teilnahme

== Quellen ==
-Leifiphysik

Cushion Catapult

2024-06-09T17:44:05Z

DonikaK: /* Parameter */

== Projektvorstellung ==
Aufgabe: „Place an object on a large air cushion and drop another object on it, in such a way that the first object is catapulted away. Investigate how the exit velocity depends on relevant parameters.“

Um die Aufgabenstellung zu erfüllen, müssen zunächst die relevanten Parameter ermittelt werden, untersucht werden und anschließend erklärt werden.

Die Aufgabebeschreibt ein Luftkissen, worauf ein Objekt runterfallen gelassen wird, wodurch ein zweites Objekt katapultiert wird.

== Aufbau ==
[[Datei:Experiment Set-Up.png|mini|Aufbau mit Alltagsmaterialien]]
Zuerst die Anmerkung, dass wir den Aufbau variiert haben, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Anstatt ein Objekt fallen zu lassen, kippt ein Objekt auf das Luftkissen.

In unserem Fall ist das Luftkissen eine luftdicht verschlossene Plastiktüte auf welcher eine Murmel platziert wird. Das kippende Objekt ist die Styroporplatte.

Da die Lage der Murmel übt sich nicht auf den Versuch auf, aufgrund ihrer runden Form. Außerdem wurde diese stets an einer markierten Stelle platziert, ebenso wurde der Abstand von der Plastiktüte und der Platte gleich gehalten, sodass die erhaltenden Ergebnisse stets unter gleichen Bedingungen erfolgten.

Eine weitere Bedingung ist, dass die Styroporplatte nach dem Aufkommen auf dem Luftkissen den Boden nicht berühren soll.

Unterschied eines fallenden und kippenden Objekt:
{| class="wikitable"
|Objekt fällt von einer Höhe
|Kippendes Objekt
|-
|•Vertikale Bewegung

entgegengesetzt des fallenden Objektes

•weniger reproduzierbar
|
* Bewegung vergleichbar mit Parabel (schiefer Wurf)
* in selbe Richtung wie kippendes Objekt
* höhere Reproduzierbarkeit
|}

== Theorie ==
[[Datei:Energieübertragung.png|mini|ΔE= "verlorene" Energie]]
Weswegen überhaupt erfolgt die Bewegung der Murmel?

In unserem Experiment erfolgt eine Energieübertragung zwischen der Styroporplatte und dem auf dem Luftkissen platzierter Murmel. Dabei wird ein Teil der Anfangsenergie in beispielsweise thermale Energie umgewandelt (ΔE).

Sobald die Styroporplatte aus das Luftkissen trifft, strömt sich die darin enthaltende Luft in die jeweils andere Richtung, wo sich in unserem Fall die Murmel befindet, welche daraufhin katapultiert wird.

=== Energieerhaltungssatz ===
Zu erklären ist dies durch den Energieerhaltungssatz. Nämlich bleibt in einem abgeschlossenem System alles an Energie erhalten, diese wird beziehungsweise kann lediglich in jeweils anderen Energieformen umgewandelt werden.

=== Energien ===
Folgende Energieformen werden betrachtet:

'''Potentielle Energie:'''
[[Datei:Energien.png|mini]]
• abhängig von relativen Position

• Objekt über den Boden gehoben --> gewinnt potentielle Energie

• Eigenschaft eines Systems, z.B. Erde/erhöhte Kugel

* Epot = m·g·h

'''Kinetische Energie:'''

• abhängig von Bewegung und Masse

• Eigenschaft eines sich bewegenden Objekts

• Wenn Arbeit durch die Anwendung an Kraft --> Objekt wird beschleunigt, gewinnt kinetische Energie

* Ekin = 1/2·m·v2

Zu beachten sind die potentielle Energie der Murmel, sofern sie zu Beginn auf dem Luftkissen sitzt, die potentielle Energie der Styroporplatte in jeweils Sequenz eins und in Sequenz zwei und die kinetische Energie der Murmel nach.

Eine weitere Möglichkeit die Bewegung der Styroporplatte darzustellen, ist anhand Rotationsenergie

=== Energieerhaltungssatz Anwendung ===
[[Datei:Sequenz 1.png|mini|Sequenz 1]]

Um den Energieerhaltungssatz auf unser Experiment anzuwenden, teilen wir diesen in zwei "Sequenzen" auf. Wobei die erste Sequenz den Anfangsmoment betrachtet, wobei keines der Objekte sich bewegt. Zu berücksichtigen hierbei ist die potentielle Energie der Murmel (sofern sie wenn sie auf dem Luftkissen sitzend den Boden nicht berührt) und die potentielle Energie der Styroporplatte.

[[Datei:Sequenz 2.png|alternativtext=Sequenz 2|mini|Sequenz 2]]
Nachdem die Bewegung erfolgt und sie Styroporplatte aufgekommen ist, ist erneut die potentielle Energie der Styroporplatte zu betrachten, da sie den Boden nicht berührt

die kinetische Energie der Murmel.

Eine daraus resultierende Gleichung sieht folgendermaßen aus:

EpotS1+EpotM =EpotS2 +EkinM+ΔE

Werte sind einzusetzen

=== Bewegung der Styroporplatte ===
[[Datei:Masseschwerpunkt.png|mini]]

== Parameter ==

Masse der Murmel:

* Je mehr Masse ein Körper hat, desto mehr Energie benötigt man um diesen zu bewegen

Kontaktfläche der Styroporplatte:

* unterschiedliche Kontaktflächen drücken unterschiedliche Mengen an Luft weg (innerhalb des Cushions)
Luftinhalt der Plastik Tüte:
* sofern das Luftkissen komplett mit Luft befüllt ist, können sich die Luftteilchen nicht frei bewegen
* sofern zu wenig oder gar keine Luft in der Lufttüte vorhanden ist, erfolgt die Bewegung des zweiten Objektes nicht.

Masse der Styroporplatte:

* Es sollte nicht zu viel sein, da sonst das Luftkissen platzen oder den Boden berühren könnte

Geschwindigkeit der Styroporplatte

* Wenn die Winkelgeschwindigkeit zunimmt, nehmen auch die maximale Höhe und der maximale horizontale Abstand der Murmel zu.

Platzierung der Murmel

Wir platzierten eine Murmel auf einer markierten Stelle und stellten sicher, dass sie nach jedem Experiment an der gleichen Stelle war.

==== Untersuchte Parameter ====
-Masse der Styropor platte

Die Masse der Styroporplatte wurde durch das Hinzufügen von Gewichten verändert, beispielsweise durch das Aufkleben von Stiften.

-Geschwindigkeit der Styropor platte

Wir veränderten die Geschwindigkeit der Styroporplatte, indem wir sie stärker drückten.

-Luftinhalt der Plastik Tüte

wir konnten den Luftinhalt in der Plastik Tüte variieren, indem wir sie mit mehr Luft füllten.

== Daten ==

=== Winkelgeschwindigkeit ===
{| class="wikitable"
|Winkelgeschwindigkeit

der Platte
|max. Höhe der

Murmel in m
|max. Distanz in y-Richtung

der Murmel in m

|-
|97,14°/s
|0,3
|0,46
|-
|121,37°/s
|0,32
|0,42
|-
|190,1°/s
|0,3
|0,42
|-
|207,17°/s
|0,31
|0,47
|-
|230,93°/s
|0,31
|0,58
|-
|285,08°/s
|0,31
|0,56
|-
|440,6°/s
|0,33
|0,6
|}

=== Änderung des Gewichtes ===
{| class="wikitable"
|(zusätzliches) Gewicht

auf Styroporplatte
|Geschwindigkeit

von Murmel in m/s
|Maximum erreicht

Höhe der Murmel in m
|max. horizontal Entfernung*

der Murmel in m
|-
|none
|1,62
|0,31
|0,49
|-
|4 pens
|1,94
|0,44
|0,8
|-
|6 pens
|2,42
|0,47
|1,17
|}
{| class="wikitable"
|
|v von Murmel

in m/s
|vx von Murmel

in m/s
|vy von Murmel

in m/s
|max. x

in m
|max. y

In m
|-
|0 pens
|1,33
|0,91
|0,7
|0,37
|0,3
|-
|2 pens
|1,67
|1,33
|1,11
|0,443
|0,32
|-
|4 pens
|1,9
|1,3

|1,18

|0,7
|0,35
|}

=== Luftinhalt ===
{| class="wikitable"
|Luftinhalt
|v in m/s

von Murmel
|vx m/s

von Murmel
|vy m/s

von Murmel
|max. horizontaler

Abstand vom Boden
|max. vertikale

Distanz
|-
|<nowiki>+++</nowiki>
|1,91
|1,36
|1,31
|0,5
|0,34
|-
|<nowiki>++</nowiki>
|1,25
|0,78
|0,95
|0,32
|0,22
|-
|<nowiki>+</nowiki>
|1,06
|0,75
|0,71
|0,26
|0,18
|}

== Fazit ==
Durch sorgfältige Analyse und Variation der relevanten Parameter konnten wir feststellen, dass die Austrittsgeschwindigkeit der Murmel maßgeblich durch die Masse und Geschwindigkeit der Styropor platte sowie den Luftgehalt der Plastiktüte beeinflusst wird. Diese

Erkenntnisse bestätigen die theoretischen Annahmen und verdeutlichen die komplexen Wechselwirkungen zwischen den beteiligten physikalischen Größen. Das Experiment veranschaulicht eindrucksvoll, wie durch gezielte Anpassungen der Parameter die Effizienz der Energieübertragung und damit die Bewegung des katapultierten Objekts optimiert werden kann.

== Erfolge ==
BeGYPT-Teilnahme

== Quellen ==
-Leifiphysik

Cushion Catapult

2024-06-09T17:36:02Z

DonikaK: /* Energien */

Cushion Catapult

2024-06-09T17:27:14Z

DonikaK: /* Daten */

Datei:Masseschwerpunkt.png

2024-06-09T17:25:26Z

DonikaK:

masseschwerpunkt

Cushion Catapult

2024-06-09T16:54:37Z

DonikaK: /* Energieerhaltungssatz Anwendung */

Datei:Energien.png

2024-06-09T15:34:12Z

DonikaK:

Energien

Datei:Sequenz 2.png

2024-06-09T15:25:46Z

DonikaK:

sequenz 2

Datei:Sequenz 1.png

2024-06-09T15:24:22Z

DonikaK:

Sequenz 1

Datei:Verlorene Energie.jpg

2024-06-08T21:14:24Z

DonikaK:

Gleichung zur Berechnung der verlorenen Energie

Cushion Catapult

2024-06-06T13:54:08Z

DonikaK: kleinigjeiten und erinnerungen eingefügt

Cushion Catapult

2024-05-16T13:40:35Z

DonikaK: /* Parameter */

Cushion Catapult

2024-04-25T14:02:46Z

DonikaK:

Cushion Catapult

2024-04-25T13:36:50Z

DonikaK:

Cushion Catapult

2024-04-25T13:36:07Z

DonikaK:

== 1. Projektvorstellung ==
Aufgabe: „Place an object on a large air cushion and drop another object on it, in such a way that the first object is catapulted away. Investigate how the exit velocity depends on relevant parameters.“

Um die Aufgabenstellung zu erfüllen, müssen zunächst die relevanten Parameter ermittelt werden, untersucht werden, verglichen werden und anschließend erklärt werden.

Die Aufgabebeschreibt ein Luftkissen, worauf ein Objekt runterfallen gelassen wird, wodurch ein zweites Objekt katapultiert wird.

== 2. Aufbau ==
[[Datei:Experiment Set-Up.png|mini|Experiment Set-Up]]
Zuerst die Anmerkung, dass wir den Aufbau variiert haben, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Anstatt ein Objekt fallen zu lassen, kippt ein Objekt auf das Luftkissen.

In unserem Fall ist das Luftkissen eine luftdicht verschlossene Plastiktüte auf welcher eine Murmel platziert wird. Das kippende Objekt ist die Styroporplatte.

Da die Lage der Murmel übt sich nicht auf den Versuch auf, aufgrund ihrer runden Form. Außerdem wurde diese stets an einer markierten Stelle platziert, ebenso wurde der Abstand von der Plastiktüte und der Platte gleich gehalten, sodass die erhaltenden Ergebnisse stets unter gleichen Bedingungen erfolgten.

Eine weitere Bedingung ist, dass die Styroporplatte nach dem Aufkommen auf dem Luftkissen den Boden nicht berühren soll.

== 3. Theorie ==

== 4. Daten ==

== 5. Fazit ==

== 6. Erfolge ==

== 7. Quellen ==

Cushion Catapult

2024-04-25T13:35:18Z

DonikaK:

Inhaltsverzeichnis:

# Projektvorstellung
# Aufbau
# Theorie
# Daten
# Fazit
# Erfolge
# Quellen

== 1. Projektvorstellung ==
Aufgabe: „Place an object on a large air cushion and drop another object on it, in such a way that the first object is catapulted away. Investigate how the exit velocity depends on relevant parameters.“

Um die Aufgabenstellung zu erfüllen, müssen zunächst die relevanten Parameter ermittelt werden, untersucht werden, verglichen werden und anschließend erklärt werden.

Die Aufgabebeschreibt ein Luftkissen, worauf ein Objekt runterfallen gelassen wird, wodurch ein zweites Objekt katapultiert wird.

== 2. Aufbau ==
[[Datei:Experiment Set-Up.png|mini|Experiment Set-Up]]
Zuerst die Anmerkung, dass wir den Aufbau variiert haben, um die Reproduzierbarkeit zu erhöhen. Anstatt ein Objekt fallen zu lassen, kippt ein Objekt auf das Luftkissen.

In unserem Fall ist das Luftkissen eine luftdicht verschlossene Plastiktüte auf welcher eine Murmel platziert wird. Das kippende Objekt ist die Styroporplatte.

Da die Lage der Murmel übt sich nicht auf den Versuch auf, aufgrund ihrer runden Form. Außerdem wurde diese stets an einer markierten Stelle platziert, ebenso wurde der Abstand von der Plastiktüte und der Platte gleich gehalten, sodass die erhaltenden Ergebnisse stets unter gleichen Bedingungen erfolgten.

Eine weitere Bedingung ist, dass die Styroporplatte nach dem Aufkommen auf dem Luftkissen den Boden nicht berühren soll.

== 3. Theorie ==

== 4. Daten ==

== 5. Fazit ==

== 6. Erfolge ==

== 7. Quellen ==

Datei:Energieübertragung.png

2024-04-25T13:34:21Z

DonikaK:

Energieflussdiagramm, beschriebt den Energiewandel innerhalb unseres Experimentes

Datei:Energieflussdiagramm.png

2024-04-25T13:23:24Z

DonikaK:

Energieflussdiagramm

Datei:Experiment Set-Up.png

2024-04-25T13:01:04Z

DonikaK:

mit Luft gefüllte Plastiktüte, Styroporplatte, Murmel

Cushion Catapult

2024-04-25T12:37:07Z

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