Versuch 14

Wir untersuchen die Streuung von Stahlkugeln an einem festen Target bei verschiedenen Stoßparametern.

Aus der Verteilung der Streuwinkel bestimmen wir den Targetradius.

Motivationsvideo

(Die in den Videos behandelten Experimente entsprechen nicht unbedingt den Aufgaben in der Versuchsanleitung.)

Versuchsaufbau

Wir verwenden einen speziellen Aufbau, in dem kleine Stahlkugeln mittels Luftdruck an einem zylinderförmigen Target gestreut werden. Die Geometrie der Stoßkammer wird mit einem Maßband ausgemessen. Der Durchmesser der Stahlkugeln wird mit einer Messschraube bestimmt.

Skizze mit Definition von Streuparameter b, Kugelradius r₁, Targetradius r₂ und Streuwinkel θ.

Die Einschussvorrichtung kann seitlich um etwa ± 4 cm verschoben werden, um verschiedene Stoßparameter b zu realisieren. In den Trichter können mehrere Kugeln eingefüllt werden. Nach dem "Laden" kann jeweils eine Kugel durch Druck auf den Blasebalg auf das Target geschossen werden.

Messschraube

Eine Messschraube (auch Bügelmessschraube, Mikrometerschraube) hat eine feststehende und eine bewegliche Messfläche, die an die Probe angelegt werden. Die beiden Messflächen sind durch einen Bügel miteinander verbunden.

Die Bewegung erfolgt mithilfe einer Feingewindeschraube. Der Feststellring muss geöffnet sein. Um sicherzustellen, dass keine Kraft auf die Probe ausgeübt wird, bewegt man die Feingewindeschraube mit der kleinen "Gefühlsschraube".

Der Messwert wird zuerst auf der Hauptskala abgelesen, dann (Bruchteile 1/50 oder 1/100 mm) auf der Feinskala. Im Bild beträgt der Messwert 1,64 mm.

🔗 https://wiki.uni-due.de/tud/index.php/Bügelmessschraube

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Messschraube

Auswertung

Nach der Streuung am Target treffen die Kugeln auf den Rand des zylindrischen Versuchsaufbaus, wo sie Markierungen auf dem druckempfindlichen Papier hinterlassen.

Zum Vergleich: Normalverteilung (rot) mit einer Punktwolke aus n=100 simulierten Messwerten (schwarz). Mittelwert μ und Standardabweichung ±σ sind markiert (blau). Für eine Normalverteilung enthält das Intervall [μ−σ, μ+σ] etwa 68% der Messwerte.

Streuexperimente in der Physik

Prominente Beispiele reichen von der Rutherford-Streuung von α-Teilchen an Goldfolie...

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Rutherford-Streuung

... bis zur Entdeckung des Higgs-Bosons bei der Streuung von hochenergetischen Protonen.

🔗 https://de.wikipedia.org/wiki/Higgs-Boson

🔗 https://home.cern/science/physics/higgs-boson