Planungsphase
Planungsphase
Da es sich nicht um ein vielfach durchgeführtes Experiment handelt, mussten wir die benötigten Vorrichtungen selbst entwerfen und bauen lassen. Während der nun einsetzenden langwierigen Planungsphase entwickelten wir verschiedene Ideen und Konzepte, von denen wir aber fast genauso viele wieder verworfen haben.
Unser endgültiger Versuchsaufbau, der unserer Ansicht nach die präzisesten Ergebnisse versprach, basierte auf der Idee, 21 Kugeln gleichzeitig fallen zu lassen. Aufgrund des Vakuums musste der Abwurf mechanisch vor sich gehen und konnte nur außerhalb der Fallröhre gesteuert werden. Unser Aufbau bestand aus zwei Komponenten:
Erstens einer Abwurfvorrichtung, in der die abzuwerfenden Kugeln von Magneten gehalten wurden und zweitens der Auffangwanne, in der die Kugeln landen sollten.
Abwurfvorrichtung:
Die Abwurfvorrichtung besteht aus einer Aluminiumplatte, in welche in drei Reihen je sieben Löcher gebohrt worden sind. In diesen Löchern stecken Elektromagneten, welche die Kugeln halten. Dabei entsteht das Problem, dass die Kugeln die Elektromagneten nicht berühren dürfen, da sie sonst zu stark magnetisieren und sich dann nicht mehr lösen. Deshalb haben wir die Elektromagnete auf Flansche gelagert, so dass sie etwa zur Hälfte in die Löcher hineinragen. Der Durchmesser der Löcher ist so groß, dass die Kugeln zu einem Drittel in den Löchern verschwinden. Zwischen den Magneten und den Kugeln bleibt dann ein Zwischenraum von ca. 2 mm. Die Magnete sind in Reihe geschaltet.
Da die Magnete während der Evakuierung der Fallröhre, die zwei Stunden dauert, nicht eingeschaltet bleiben dürfen, da sonst die Kugeln magnetisiert werden, müssen die Kugeln während dieses Zeitraumes mit einer Sicherheitsklappe gehalten werden. Die Sicherheitsklappe ist durch einen Rohrmotor, wie man ihn für Jalousien verwendet, mit der Abwurfplatte verbunden. Dadurch lässt sich die Sicherheitsklappe elektrisch in verschiedene Positionen bewegen. So konnten wir ihre Steuerung außerhalb der Vakuumröhre ermöglichen.
Abwurfvorrichtung
Auffangwanne:
Die Auffangwanne haben wir mit den Maßen 1,20 m x 1,20 m so groß gewählt, weil wir uns nicht sicher waren, wie die Kugeln auftreffen und ob sie stark von den vermuteten Aufschlagpunkten abweichen würden.
Die Auffangwanne ist mit Plastilin ausgelegt, das sich von seiner Konsistenz her als geeignetes Material erwiesen hat, da die Kugeln weder abprallen, noch zu tief einsinken. Zudem verändert Plastilin im Gegensatz zu Ton seine Konsistenz im Vakuum nicht, da es auf Öl- und nicht auf Wasserbasis hergestellt ist. Das Plastilin ist mit Millimeterpapier bedeckt, welches die Kugeln durchschlagen. Dadurch werden die Aufschlagpunkte der Kugeln fixiert und das Millimeterpapier kann für die Auswertung weggenommen werden.
Auffangvorrichtung
Um aber noch genauer auszutesten, ob der von uns ausgewählte Versuchsaufbau wirklich geeignet ist, haben wir im Fachbereich Physik der FU Berlin mehrere Vorversuche durchgeführt. So haben wir beispielsweise das Auffangmaterial ausgetestet, um zu sehen, ob es vakuumtauglich ist und ob die Kugeln einen gut auswertbaren Einschlagpunkt ergeben. Die Vorrichtungen wurden aber immer wieder modifiziert.
Ausrichtung:
Das größte Problem bei unserem Versuch stellte die Ausrichtung der Auffang- und Abwurfvorrichtung zueinander dar. Die Vorrichtungen mussten nämlich exakt übereinanderstehen. Diese Position war allerdings, bei einer zu überbrückenden Höhe von 120 Metern, schwierig zu finden. Um dies zu bewerkstelligen, verwendeten wir zwei Laser. Diese wurden von der Abwurfvorrichtung nach unten zur Auffangwanne gelenkt, wo wir einen exakt waagerecht ausgerichteten Spiegel hingelegt hatten. Nun wurde so lange die Ausrichtung verändert, bis sich der von oben losgeschickte Strahl in sich gespiegelt hatte, so dass wir davon ausgehen konnten, dass die Laserstrahlen genaue Senkrechten bilden. Somit konnten wir über zwei fest definierte Punkte verfügen, an denen wir unsere Versuchsvorrichtung ausrichteten.
Blick auf die Präzisionswasserwaage, mit der der Spiegel ausgerichtet wurde