Fallmaschine
,
[* 1] Vorrichtung, um die
Gesetze der gleichförmig beschleunigten
Bewegung und dadurch mittelbar die
Gesetze
des freien
Falles durch
Versuche nachzuweisen. Die
Geschwindigkeit eines frei fallenden
Körpers wächst so rasch, daß es unmöglich
wird, den Verlauf seiner
Bewegung genau zu verfolgen. Durch die Atwoodsche Fallmaschine
(s. Figur) kann man,
ohne das
Bewegungsgesetz zu ändern, die Fallbeschleunigung beliebig vermindern, indem man den fallenden
Körper außer seiner
eignen noch eine andre
Masse in
Bewegung setzen läßt.
Die Fallmaschine
besteht aus einer etwa 2 m hohen vertikalen
Säule, auf deren Gipfel eine um eine wagerechte
Achse leicht drehbare
Rolle
angebracht ist; über die
Rolle läuft ein
Faden,
[* 2] an dessen
Enden gleiche
Gewichte p und q hängen, die sich
also das
Gleichgewicht
[* 3] halten. Legt man nun auf das eine
Gewicht p ein kleines Übergewicht (m), so sinkt es mit gleichförmiger
Beschleunigung herab, während das andre
Gewicht steigt. Da durch die
Kraft,
[* 4] welche das Übergewicht zu
Boden zieht, die gesamte in den beiden
Gewichten und dem Übergewicht enthaltene
Masse in
Bewegung gesetzt wird, so erlangt diese
eine
Beschleunigung (g'), welche sich zu derjenigen (g) des freien
Falles verhält wie m zu m + 2p und
[* 1]
^[Abb.:
Atwoods Fallmaschine]
¶
mehr
sonach ein um so kleinerer Bruchteil der letztern ist, je kleiner man das Übergewicht m wählt. An der Säule der Fallmaschine
ist
seitlich ein Pendel
[* 6] r angebracht, welches Sekunden schlägt und mit dem ersten Schlag eine am obern Ende (Nullpunkt) einer Zentimeterteilung
befindliche Fallbrücke s auslöst, welche das mit dem Übergewicht belastete Gewicht trägt. Dieses Gewicht
beginnt nun herabzusinken und durchläuft in der ersten Sekunde den Weg ½g´, was man daran erkennt, daß es mit dem nächsten
Pendelschlag auf eine wagerechte Platte aufschlägt, welche man um die Strecke ½g´ unterhalb der Fallbrücke aufgestellt hat.
Der Fallraum der ersten Sekunde ist also gleich der halben Beschleunigung. Die Platte ist längs der Säule verschiebbar; stellt man sie nacheinander bei 4 × ½g´, 9 × ½g´, 16 × ½g´ u. s. f. auf, so findet man, daß das fallende Gewicht bez. nach 2, 3, 4 etc. Sekunden die Platte trifft, und hat hiermit bewiesen, daß die Fallräume sich verhalten wie die Quadrate der Fallzeiten. Stellt man ferner eine durchbrochene Platte, durch deren Öffnung wohl das herabsinkende Gewicht, nicht aber das über seinen Rand vorstehende Übergewicht durchgelassen wird, am Ende des Fallraums der ersten Sekunde (bei ½ g´) auf, so wird am Ende der ersten Fallsekunde das Übergewicht abgehoben, das sinkende Gewicht geht nun nach Beseitigung der treibenden Kraft vermöge seiner Trägheit mit der in jenem Augenblick erlangten Geschwindigkeit in gleichförmiger Bewegung weiter und trifft mit dem folgenden Pendelschlag auf eine um die Strecke g´ unterhalb der Stelle, wo das Übergewicht beseitigt wurde, aufgestellte massive Platte.
Bringt man ferner die durchlöcherte Platte am Ende der in 2, 3, 4 ... Sekunden zurückgelegten Fallräume, die massive Platte aber bez. um 2 g´, 3 g´, 4 g´ ... tiefer an, so wird letztere immer eine Sekunde nach dem Abheben des Übergewichts von dem nun gleichförmig sinkenden Gewicht getroffen, womit bewiesen ist, daß die erreichten Fallgeschwindigkeiten sich verhalten wie die Fallzeiten. Durch Abänderung der Gewichte und des Übergewichts kann man ferner noch die Beschleunigung mannigfach abändern und namentlich nachweisen, daß bei gleichbleibender Gesamtmasse die Beschleunigung sich verhält wie die bewegende Kraft (d. h. das Übergewicht), und daß bei gleichem Übergewicht die Beschleunigung der Gesamtmasse umgekehrt proportional ist. Da das Fallen [* 7] längs einer schiefen Ebene mit um so kleinerer Beschleunigung erfolgt, je geringer die Neigung der schiefen Ebene ist, so wurde dieselbe als Fallrinne bereits von Galilei zum Nachweis der Fallgesetze benutzt. Vgl. Fall.