AIMS: To produce a set of meaningful data to inform experimental results. To prove that even small objects can cause serious damage if they are moving fast enough. That an object's kinetic energy is related to its mass and speed.

ÜBERBLICK: Das vorige Experiment hat gezeigt, daß ein Zusammenhang zwischen der Größe des Kraters und der Masse und Geschwindigkeit des "Meteoriten" besteht. In diesem Modul findest Du die Instrumente, mit denen Du die Energie eines Körpers, der sich in Bewegung befindet, tatsächlich berechnen kannst sowie den Nachweis, daß selbst mikroskopisch kleine Partikel eine Gefahr für die Raumstation darstellen können.

MATERIAL: Gelatinepulver, ein durchsichtiger Plastikbehälter mit geraden Seiten oder ein Meßbecher (mind. 15 cm tief), Zentimeterskala, Meterskala, Maßband, Trittleiter, Millimeterpapier, 8-10 gleich große Kugeln.

EXPERIMENT: 1. Die Gelatine muß 24 Stunden vorher in dem Gefäß/Becher angerührt werden. Beachte, daß Du am besten drei Portionen vorbereitest - eine nach Packungsanleitung und die anderen mit immer weniger Wasser (ca. 350 ml für ein Päckchen müßte ausreichen, aber das hängt natürlich von der Packungsgröße ab). Deck' die Gelatine mit Lebensmittelfolie ab und laß sie über Nacht stehen. 2. Zeichne eine Zentimeterskala und kleb' sie vorsichtig an die Seite des Bechers. 3. Laß eine Kugel aus 25 cm Höhe in die Gelatine fallen. Halte fest, wie weit sie einsinkt. Wiederhole das ganze aus 50, 75, 100, 125, 150, 175 und 200 cm Höhe. Notiere stets wie tief die Kugel eingesunken ist.

UNTERSUCHUNGEN:

1. In welchem Zusammenhang stehen die zunehmende Höhe und die Tiefe des Einsinkens der Kugel in die Gelatine?

2. Welche Faktoren wirken sich auf die Tiefe aus?

3. Um als richtiges Datenmaterial zu gelten, müssen unsere Zahlen etwas aussagen. Wir müssen also zuerst einmal alle acht Kugeln zusammen wiegen und das Ergebnis durch acht dividieren, um die Masse, m, einer Kugel zu ermitteln.

4. Um die Geschwindigkeit, v, der Kugel zu ermitteln, die aus einer Höhe, d (150 cm), mit einer Beschleunigung, a, von 980 cm/sek-2, fällt, verwende folgende Formel: v = Wurzel 2ad.

5. Um die kinetische Energie oder die Bewegungsenergie der Kugel beim Zeitpunkt des Aufpralls zu ermitteln, verwende folgende Formel: KE = 1/2mv², indem Du jeweils die ermittelten Werte für m und v einsetzt..

6. Ein Objekt besitzt aufgrund seiner Höhe Energie. Beim Fall wird daraus kinetische Energie. Berechne erneut mit Hilfe der folgenden Formel die potentielle Energie der Kugel bei einer Höhe von 150 cm PE = m x g x h.

7. Betrachte nun die Zahlen Deines Experiments. In welchem Zusammenhang stehen die Sinktiefe der Kugel und die kinetische Energie? Zeichne eine Kurve mit der kinetischen Energie (Energ.) auf der X-Achse und der Sinktiefe auf der Y-Achse. Zeichne dann eine weitere Kurve mit der Aufprallgeschwindigkeit (cm/s) auf der X-Achse und der Sinktiefe auf der Y-Achse. Was fällt Dir bei den beiden Kurven auf? Welche vermittelt die Bedeutung der Geschwindigkeit bei diesen Berechnungen?

8. Ein sehr kleiner Meteorit, der sich mit hoher Geschwindigkeit fortbewegt, kann mehr Schaden anrichten als ein größeres Objekt, das langsamer ist. Was besitzt beispielsweise eine höhere kinetische Energie, ein Sandkorn von 0,2 g, mit einer Geschwindigkeit von 9000 m/s oder ein Kiesel von 8 g, der sich mit 400 m/s fortbewegt? Verwende die Formel für kinetische Energie. Erstaunt Dich das Ergebnis?

Meteoriten bewegen sich im Weltraum mit einer Geschwindigkeit von 11 bis 72 km/sek. Weltraumschrott umkreist die Erde in tieferen Umlaufbahnen in einer relativen Geschwindigkeit von 1 bis 14 km/sek., je nach Höhe der Umlaufbahn. In welcher Umlaufbahn wird eine höhere Geschwindigkeit erreicht? Was sind die Gründe hierfür? Finde heraus, in welche Richtung sich der Großteil des Schrotts bewegt. Was bedeutet dies für die Raumstation?

Wie groß glaubst Du ist die Gefahr für die Raumstation?

Was könnte man Deiner Meinung nach unternehmen, um die Raumstation und ihre Insassen vor potentiellen Gefahren durch Mikrometeoriteneinschlag zu schützen? Bedenke, daß jegliche Schutzvorrichtung leicht sein muß. Du könntest Dich z.B. über schußsichere Westen informieren.

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