EXP:Satellitenbahnen bestimmen

Projekt: Satellitenbahnen bestimmen

In diesem Projekt wurde mit einfachen Mitteln (CCD-Kamera) ein Experiment entwickelt, um die Flughöhe und Geschwindigkeit eines Satelliten zu bestimmen. Über die Belichtungszeit entsteht eine Lichtspur, die im Zusammenhang mit dem beobachteten Himmelsausschnitt die Winkelgeschwindigkeit ergibt. Über die Gravitationskraft und die Zentripetalkraft kann die Flughöhe bestimmt werden.

Theoretische Zusammenfassung

Die Winkelgeschwindigkeit $\omega$ kann über den überstrichenen Winkel des Satelliten und die eingestellte Belichtungszeit $t$ der Kamera berechnet werden. Es gilt:

$\mathrm{\omega }=\frac{\alpha }{t}.$

Ggf. muss der Winkel noch in rad umgerechnet werden. Die Flughöhe $h_s$ des Satelliten kann über das bestehende Kräftegleichgewicht zwischen Zentripetalkraft $F_Z=\gamma \cdot \frac{m_E\cdot m_S}{r^2}$ und Gravitationskraft $F_G$ berechnet werden. Für die Bahngeschwindigkeit $v$ des Satelliten gilt:

$v=\mathrm{\omega }\cdot r.$

Das Kräftegleichgewicht

Didaktischer Rahmen

Fachdidaktische Zielsetzung

Den Schüler*innen soll die Wechselwirkung zwischen Gravitations- und Zentripetalkraft verständlich gemacht werden. So sollen ihre Fähigkeiten und ihr Verständnis für verschiedene Bezugssysteme erweitern. Zusätzlich kann das Interesse der Schüler*innen durch das Phänomen des Nachthimmels erhöht werden.

Nötige Vorkenntnisse

Den Schüler*innen sollte die Gravitations- sowie die Zentrifugalkraft und deren Zusammenspiel bekannt sein.

Mögliche Schülerschwierigkeiten

Die Schüler*innen könnten Schwierigkeiten haben das rotierende Bezugssysteme Erde und Satellit zu unterscheiden und ihre eigene Position als Beobachter darin.

Schülervorstellungen, die hier relevant werden

Gibt es in der Literatur (z.B. Schecker, Horst; Wilhelm, Thomas; Hopf, Martin; Duit Reinders (Hrsg.) (2018): Schülervorstellungen und Physikunterricht. Berlin: Springer-Verlag GmbH) bereits erforschte Schülervorstellungen, die bei diesem Experiment relevant werden könnten? Beschreibe die Schülervorstellungen mit eigenen Worten und beschreibe warum sie hier relevant sind. GGf. kannst du auch einen Lösungsansatz beschreiben.

Die Auswahl des Bildes sollte symbolisch den gesamten Versuch beschreiben und ansprechend sein

Allgemein

Klassenstufe	Klasse ?
Kategorie	Akustik
Einordnung in den Bildungsplan von BW	Kapitel, Abschnitt ?

Klassifikation

Quantitativ/Qualitativ	?
Demo-/Schülerexperiment	?
Unterrichtsphase	?
Einzelversuch/Versuchsreihe	?

Versuchsanleitung

Benötigtes Material

• ZWO ASI187MC
• Stativ
• USB-Kabel A-B
• Laptop
• ggf. Gimp
• Pythonskript

Versuchsaufbau

Genauere Beschreibung des Versuchsaufbaus. Hier können auch einzelne Schritte beschrieben werden. Gerne zu jedem Schritt Bilder einfügen.

Schritt 1

BlaBla.

Schritt 2

Aber bitte nicht jede einzelne angezogene Schraube beschreiben! Wenn bestimmte Größen ausgeschrieben werden wie z.B. 500 g dann kann man zwischen der Maßzahl wie hier ein halbes Leerzeichen einfügen.

Durch das geschickte Setzen von Umgebungen kann das Bild des Kolibris hier an dieser Stelle erscheinen und könnte jetzt zum Beispiel den ersten Schritt des Experiments beschreiben

Versuchsdurchführung

Beschreibe hier genauer was man zur Durchführung tun muss. Aus was muss dabei geachtet werden?

Auswertung

Hier sollen Diagramme, Werte und eine Fehlerabschätzung zum Experiment hin. Gegebenenfalls können hier auch Gleichungen eingebunden werden. Mathematische Ausdrücke werden durch den <math>-Tag initiiert:

$\mathrm{i}\hslash \frac{\partial }{\partial t}|\psi (t)⟩=\hat{H}|\psi (t)⟩.$

Beim Vergleich mit Literaturwerten oder ähnlichem sollte durch die Referenzumgebung <ref> auf geeignete Quellen verwiesen werden, diese erscheinen dann auch automatisch am Seitenende.

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Treten beim Experiment häufiger Fehler auf? Bitte beschreibe sie hier.

Sicherheitshinweise

Hier nötige Sicherheitshinweise notieren. Ggf. Betriebsanweisung verlinken.

• Influenzmaschine

Fotos

Am Ende des Dokuments kommt eine Galerie aller Bilder, die zu diesem Experiment unter dem Namensraum "Datei:" bereits vorhanden sind. Im Allgemeinen lohnt es sich häufig auch, bereits bestehende Texte und deren Syntax zu betrachten:
<div class="row"> <div class="large-4 large-centered columns"> <ul class="example-orbit" data-orbit> <li> [[Datei:Bild.png|slide 1]] <div class="orbit-caption"> Bildbeschreibung </div> </li> </ul> </div> </div>

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      Platzhalter
  

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       Ein Kolibri
  

Literatur

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0