Eine Kugel die fällt - Energie berechnen?
Hallo Leute,
ich möchte folgendes Experiment durchführen: Ein Rohr gerade aufstellen, darunter auf dem Boden ein Objekt hinstellen. Dann die Kugel von oben bei einer fixierten Höhe, z.B. bei 1m, runter fallen lassen. Das Objekt unten ist nicht fix, es wird immer durch andere Materialien ausgetauscht.
Mir geht es aber erstmal um die Energieberechnung.
Wie berechne ich diese? Nach Recherche kam ich auf die Formel für die Potentielle Energie, also m * g * h.
Wenn m der Kugel also 1kg ist, und h die Höhe, 2m, wie komme ich denn auf g?
1 Antwort
g ist die Erdbeschleunigung. Die muss man messen.
Dein Experiment klingt wirr. Wozu dient das Rohr, das mal 1, mal 2 Meter lang ist? Die Fallbeschleunigung hängt nicht vom Gewicht ab. Wozu dient das zweite Objekt "unten", das ausgewechselt wird? Wieso spielt das Material des unteren Objekts eine Rolle?
Wir müssen wissen, wie hoch das Gewicht ausfällt, wenn die Kugel fällt, da wir verschiedene Sensoren mit unterschiedlichen Maximalgrenzen für die Messung in KG besitzen. Also z.B. eine Kugel 1kg, Höhe 1m, wie hoch wird der Aufprall ausfallen? Denn er wird ja nicht bei 1kg (Gewicht der Kugel) bleiben.
wenn die Kugel schwerer ist, beschleunigt sie doch schneller und prallt härter auf
Nein. Galileo Galilei hat bereits heraus gefunden, dass Körper unterschiedlicher Masse gleich schnell fallen.
Der stärkere Aufprall stammt aus dem höheren Impuls m*v, aber v is nur von der Fallhöhe abhängig, nicht von der Masse (wobei Luftreibung vernachlässigt wird).
Du hast also auch einen Drucksensor, denn du bisher nicht erwähnt hattest. Die verschiedenen Materialien am unteren Ende sind aber immer noch ein Rätsel.
Wir müssen wissen, wie hoch das Gewicht ausfällt, wenn die Kugel fällt
Was bedeutet "Gewicht ausfallen"? Die Masse ist ja immer gleich groß. Nur der Impulsübertrag beim Aufprall unterscheidet sich. Der hängt aber auch von der Verformbarkeit der Kugel ab.
Beschreibe die Aufgabenstellung und den Versuchsaufbau klar und vollständig. Dann kann man dir bei der Lösung helfen.
He, wieso? Eine Feder fällt doch langsamer, als eine 1Kg Kugel. Naja, die verschiedenen Materialien unten, es soll geschaut werden, welches Material bei gleicher Höhe und gleicher Kugel des Gewichtes, am besten den Aufprall dämpft! Die verschiedenen Materialien sind also nacheinander über dem Sensor.
Aber damit nicht der falsche Sensor genutzt wird, ist es gut, vorher zu bestimmen, wie schwer der Aufprall ungefähr wäre.
Eine Feder fällt doch langsamer, als eine 1Kg Kugel.
Bist du schon im Humor-Level? Ich schrieb ja: Luftreibung wird vernachlässigt. Im Vakuum fallen beide gleich schnell. Eine gefüllte und eine hohle Metallkugel mit gleichem Radius fallen auch bei Luftreibung genau gleich schnell.
Miss zunächst mit dem Sensor, der am meisten aushält, und dem leichtesten Fallobjekt. Wenn hier der Sensor nur minimal ausschlägt, bestimmte mittels des nächst schwereren Fallobjekts, wie der Zusammenhang zwischen Ausschlag und Gewicht aussieht. Linear? Quadratisch? Kubisch?
Wenn bei einem Gewicht der Ausschlag eines Sensors sehr klein ist, kann man die Messgenauigkeit mit einem genaueren Sensor erhöhen.
Aber bei dieem Fall wird die Luftreibung ja nicht vernachlässigt, daher macht es doch schon Sinn, mehr Gewicht zu nehmen, anstatt immer größere Höhe, oder nicht? Die gefüllte und hohe Metallkugel mit gleichem Radius fallen auch bei Luftreibung genau gleich schnell, auch, wenn die hohle Kugel deutlich weniger Gewicht hat???
Kann man also gar nicht hier bei diesem Experiment im Voraus die Energie-Formel anwenden?
Die gefüllte und hohe Metallkugel mit gleichem Radius fallen auch bei Luftreibung genau gleich schnell, auch, wenn die hohle Kugel deutlich weniger Gewicht hat???
Ja, selbstverständlich. Galilei führte dazu Versuche am schiefen Turm vom Pisa durch. Zusätzlich konstruierte er ein einfaches Gedanken-Experiment: Nimm die genannten zwei Metall-Kugeln, eine hohl und leicht, die andere voll und schwer. Nimm an, die schwere würde mit einer höheren Geschwindigkeit V1 erreichen, die leichte wäre langsamer mit V2. Nun klebe beide Kugeln aneinander. Bremst die leichtere die Schwere nun ab? Oder bilden beide zusammen nicht auch einen Körper der insgesamt schwerer ist als beide einzelnen Kugeln?
Wenn unterschiedliches Gewicht zu unterschiedlichen Fallgeschwindigkeiten führen würde, führt das zum unlogischen Schluss, dass der zusammengeklebte Körper langsamer und schneller fällt als der schwerere. Also muss die Annahme falsch sein.
Siehe auch: https://youtu.be/Oo8TaPVsn9Y?t=36 und deutlich schärfer: https://www.youtube.com/watch?v=E43-CfukEgs (ab 2:40)
Man kann die Energieformel anwenden. Sie besagt, welche Energie der fallende Körper beim Aufprall wieder abgibt. Nun schreibst du, der Sensor würde im Pascal messen. Es ist also ein Drucksensor.
Ja, es sind Drucksensoren, die ich hier habe. Wie wende ich denn nun die Energieformel korrekt an?
Das macht also gar keinen Sinn, mit unterschidlich gewichteten Kugeln zu probieren?
Die Videos die du geschickt hast, Mond und Vakuum... Aber doch nicht hier auf der Erde in der freien Natur. Hast du ein Video zu der hohlen Kugel? Ich kann es wirklich nicht glauben, dass eine leichtere, hohle Kugel gleichzeitig mit der schweren auf dem Boden aufkommt.
Meinst du das wirklich ernst? Du siehst eine Video, das auf der Erde im Vakuum gedreht wurde und kennst du Erklärung, dass die Feder sonst nur durch den Luftwiderstand gebremst wird, und fragst dann nach "auf der Erde in der freien Natur"? Und nach den unterschiedlich schweren Kugel?
Du kennst das Gedankenexperiment und hast auch schon mal etwas von Galileo Galielei gehört? Und trotzdem kanst du das nicht glauben?!? Du hängst der modernen Wissenschaft also um etwa 400 Jahre hinterher :-)
Das macht also gar keinen Sinn, mit unterschidlich gewichteten Kugeln zu probieren?
Weshalb nicht? Sie kommen mit der gleichen Geschwindigkeit an. Wegen der unterschiedlichen Massen haben sie aber unterschiedlichen Impuls.
Was genau willst du messen? Du argumentierst mit der Energieformel, bedenkst bisher aber noch nicht, dass Drucksensoren einen Druck messen. Druck ist aber nicht gleich Energie. Also überlege nochmal: Was wird der Drucksensor messen?
Der Messbereich des Drucksensor ist in N/mm^2. Die Oberfläche der verschiedenen Materialien beträgt immer 2000mm^2. Vielleicht macht es ja Sinn, zu den einzelnen Aufprall-Messungen (Also in N/mm^2) die dazugehörige Energie der fallenden Kugel zu berechnen.
Unter dem wechselndem Material unten, ist ein Sensor, der den Aufprall in Megapascal bzw. Newton misst. Naja, je länger das Rohr, desto länger der Fall der Kugel, dann ist doch der Aufprall größer, oder nicht? Genauso, wenn die Kugel schwerer ist, beschleunigt sie doch schneller und prallt härter auf