Experimentelle Aufgaben

Beim Lösen von experimentellen Aufgaben ist es erforderlich, den Wert einzelner physikalischer Größen und speziell von Konstanten oder Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen auf experimentellem Wege zu ermitteln.
Die Lösungsschritte beim Bearbeiten solcher Aufgaben sind weitgehend identisch mit denen beim Experimentieren. Es geht beim Experiment immer um:

• die Vorbereitung,
• die Durchführung,
• die Auswertung.

Ausführlich sind diese Schritte unter dem Stichwort "Experimentieren" dargestellt.
Die Besonderheiten im Vergleich zum Experimentieren bestehen darin, dass man bei experimentellen Aufgaben wie bei allen Arten von Aufgaben

• von einer Analyse des Sachverhalts ausgeht; dabei sind in der Regel physikalische Gesetze einzubeziehen;
• die zu messenden Größen bestimmt und
• mit den experimentell ermittelten Werten die in der Aufgabe gesuchte Größe bestimmt.

Beispiel:
Bestimme experimentell die Fallbeschleunigung!

Vorbereitung:
Mithilfe des Weg-Zeit-Gesetzes der gleichmäßig beschleunigten Bewegung kann der Wert für die Fallbeschleunigung experimentell bestimmt werden:

Weg und Zeit für den freien Fall eines Körpers müssen gemessen werden, um anschließend die Fallbeschleunigung berechnen zu können. Um einen möglichst genauen Wert für g zu erhalten, sollte die zu messende Fallzeit nicht zu klein sein. Deshalb ist ein möglichst großer Fallweg zu wählen. Die Fallzeit wird mehrmals gemessen und anschließend ein Mittelwert berechnet. Die Auslösung des freien Falls erfolgt mit einem Magnetschalter, die Zeitmessung mit einer elektronischen Uhr.

Durchführung:
Der Fallweg beträgt s = 0,95 m.

Auswertung:
Aus der Messreihe für die Zeit kann folgender Mittelwert berechnet werden:

$\overline{t}$ = $\frac{\mathrm{4,4}s}{10}$ = 0,44 s

Für die Fallbeschleunigung erhält man damit:

g = $\frac{2\cdot \mathrm{0,95}m}{{\left(\mathrm{0,44}\right)}^2\cdot s^2}$

g = $\mathrm{9,8}\frac{m}{s^2}$

Der experimentell ermittelte Wert stimmt gut mit dem Tabellenwert
(9,81 $m/s^2$) überein.