Facharbeit/ Hausarbeit zum freien Fall- Fallturm Bremen

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die eigentliche Fallröhre, die aus Stahl besteht und 110 Meter lang ist, einen Außendurchmesser von 8,5 m, einen Innendurchmesser von 3,5 3 m und unten eine 11 m hohe Abbremskammer hat. In dieser Röhre werden die Experimente zur Untersuchung schwerkraftabhängiger Phänomene durchgeführt. Es wird künstlich ein Vakuum hergestellt, da Luftwiderstand zu ungewollten und behindernden Ergebnissen führen könnte. Das wird erreicht, indem man durch leistungsfähige Pumpen den Druck in der Fallröhre auf ca. 1 Pascal, also auf etwa 1/100 000 des Normaldruckes, verringert. Dadurch entsteht Schwerelosigkeit (Mikrogravitation) und es wird möglich den freien Fall zu untersuchen. Schwerelosigkeit besteht, wenn die Summe der Kräfte auf einen Körper gleich null ist und dieser somit in diesem Raum schwebt. Die Fallkapsel Die Fallkapsel ist ein zylinderförmiger Behälter, der für den Versuch in der Fallröhre herunterfällt. Im Laufe des freien Falls werden innerhalb der Kapsel die Experimente durchgeführt. Die Kapsellänge wird an die jeweiligen Experimente angepasst. Sie hat einen Durchmesser von 0,8 Metern und eine Länge von 1,6 Metern oder 2,4 Metern. Außerdem ist die Kapsel Druckfest und extrem fest konstruiert. FALLTURM IN BREMEN Anfangs war es ausschließlich für knappe 5 Sekunden möglich im freien Fall den Zustand der Schwerelosigkeit herzustellen. Doch durch die Inbetriebsetzung am 02.12.2004 der 4,2 Millionen Euro Katapultanlage ist es gelungen, die erreichbare Zeit fast zu verdoppeln. Heißt, dass die Kapsel nun bis zu 9 Sekunden unter Schwerelosigkeit ist. Dafür wird die bis zu 1 Tonne schwere Kapsel mit einem Katapult in die Höhe geschossen und danach wieder fallen gelassen. Da für das Erzeugen der Schwerelosigkeit ca. 1,5 Stunden benötigt werden und hinzu noch alle weiteren Vorbereitungen getätigt werden müssen, sowie zum Schluss die Auswertung gemacht werden muss, ist es möglich den Versuch dreimal täglich durchzuführen. Dieser Versuch gelingt den Forschern seit 2004 ohne Fehler. Selbstverständlich muss die ungefähr 170 schnelle Kapsel, unten auch wieder aufgefangen und abgebremst werden. Das ist die Aufgabe des Auffangsbehälter aus Stahlblech, der sich in der Abbremskammer befindet. ZARMA km h 4 Das Abbremsen ist eine Mischung aus sanften und starken Bremsen, die durch eine Füllung des Abbremsbehälters mit Styroporkugeln erreicht wird. Das Katapult Das Katapult befindet sich in einem 10 m tiefen Schacht unter dem Fallturm. Es schleudert die Fallkapsel bis zum Ende der Fallröhre hoch. Der Kolben, welcher mit dem Katapulttisch verbunden ist, wird mit Druckluft aus großen Vorratsbehältern bewegt. Für das Hochsteigen und anschließende Herunterfallen benötigt die Kapsel die selbe Zeit und während der Steig- und Fallphase besteht in der Kapsel Schwerelosigkeit. FALLTURM IN BREMEN 5 1. Versuch: Wie viele Sekunden braucht die Fallkapsel um unten in der 110 Meter langen Röhre aufzukommen (Versuch findet auf der Erde statt)? geg: h = 110 m g=9,81 h 2.h 2.h g m 2.h g Die Formel, die man benötigt um die Zeit zu berechnen, muss man zunächst umstellen. (s: = Strecke m) 2.110 9,81 (Erdbeschleunigung) 8.12 Beispielrechnungen 8.1² 1² FALLTURM IN BREMEN t 1.2 1 ÷g IV ges: t = ? t = 4,73 s Einheiten [m= m Wenn man dann die Formel soweit umgestellt hat, dass man das Gesuchte auf einer Seite alleine stehen hat, ist man fertig und kann die gegebenen Werte einsetzten. Somit erhält man dann das endgültige Ergebnis. करे ·68²] Antwortsatz: Die Fallkapsel benötigt 4,73 Sekunden, bis sie durch die 110 Meter lange Röhre gefallen ist. 6 2. Versuch: Wie hoch ist die Geschwindigkeit der Fallkapsel in dem Moment, wo sie unten km h aufschlägt in ? geg: t = 4,73 s (die Zeit hat man im 1. Versuch berechnet) g=9,81 a Die Formel, die man benötigt, um die Momentangeschwindigkeit auszurechnen, muss man zunächst umstellen. a t= v = m 1 V m t S 9,81 4,73 = V = = 46,73- Wenn man dann die Formel soweit umgestellt hat, dass man das Gesuchte wieder auf einer Seite alleine stehen hat, ist man fertig und kann die gegebenen Werte einsetzten. Somit erhält man dann das endgültige Ergebnis. I.t km Jetzt muss man das Ergebnis mal 3,6 nehmen, um auf h = € 0,001 km S m Damit haben wir nun die Momentangeschwindigkeit in ausgerechnet. S = 3,6 46,73 3,6 = 168,23 m km h FALLTURM IN BREMEN Einheiten: [ S km h ges: V = ? Antwortsatz: Die Aufschlagsgeschwindigkeit beträgt 168,23 m m S zu kommen. km h 7 3. Versuch Was würde passieren, wenn man den Fallturm auf den Mond stellen würde und dort den 1. Versuch erneut durchführen würde? Verlängert sich die Zeitdauer, die die Kapsel benötigt, um durch die 110 Meter langen Röhre zu kommen? geg: h = 110 m Beispielrechnungen - Fallturm auf dem Mond g= 1,62. h 2.h 2.h g 2.h g m Die Formel, die man benötigt um die Zeit zu berechnen, muss man zunächst umstellen. (s: Strecke m) 2.110 1,62 (Gravitation auf dem Mond) = = 1212-8-1²2 8.1² 11, 653 s t 1.2 FALLTURM IN BREMEN 1 ÷ g ges: IV Wenn man dann die Formel soweit umgestellt hat, dass man das Gesuchte wieder auf einer Seite alleine stehen hat, ist man fertig und kann die gegebenen Werte einsetzten. Somit erhält man dann das endgültige Ergebnis. t = ? Antwortsatz: Die Fallkapsel braucht 11,653 Sekunden, bis sie durch den 110 Meter langen Turm gefallen ist. Sprich, die Zeitdauer verlängert sich um knapp 7 Sekunden auf dem Mond. 8 Bildquellen: https://www.bremen-convention.de/locations-bremen/a-fallturm https://www.bremenstadtfuehrung.de/de/stadtfuehrungen/fuehrung-am-zarm- der-bremer-fallturm/ https://www.butenunbinnen.de/nachrichten/wissen/jubilaeum-zarm-fallturm-bremen-schwerelosig Quellen https://www.wikiwand.com/de/Fallturm Bremen https://de.wikipedia.org/wiki/Fallkapsel#/media/Datei:Deutsches Museum Bonn Fallkapsel Zarm.jpg Recherchequellen: https://de.wikipedia.org/wiki/Fallturm Bremen https://www.zarm.uni-bremen.de/de/fallturm/allgemeine-informationen/wie- kann-ich-den-fallturm-besuchen.html https://www.swr.de/swr2/wissen/30-jahre-fallturm-bremen-experimente-mit-der-schwerelosigkeit-100.html https://www.butenunbinnen.de/nachrichten/wissen/jubilaeum-zarm-fallturm-bremen-schwerelosigkeit- mikrogravitation-100.html https://www.fr.de/wissen/freier-fall-forschung-11160348.html https://blog.bremen-tourismus.de/schwerelos-in-bremen/ https://video.golem.de/wissenschaft/17919/ein-besuch-im-fallturm-bremen-bericht.html FALLTURM IN BREMEN 9 FALLTURM IN BREMEN 10