Frage von frischkaeseone, 101

Energieformen der Mechanik. Trampolinspringer?

Hallo :) Ich bin gerade am lernen und versuche zu verstehen, welche Energieformen durchlaufen werden, wenn jmd sich vom Trampolin abstößt. Kann mir jemand sagen, ob das richtig ist? Und wenn nicht, mir es erklären? Haha

Lageenergie ( Springer) -> beschleunigunsarbeit( Springer) -> spannarbeit ( Netz) -> spannenergie (Netz) -> hubarbeit (Netz) -> ( Bewegungsenergie Springer?) -> Lageenergie ( Höhepunkt Springer) -> Bewegungsenergie beim runterfallen vom Springer?

Danke für jede HILFREICHE Antwort :))

Antwort
von ELLo1997, 57

Beim Tranpolin kann man zu seiner Bewegungsenergie immer wieder potenzielle Energie "hinzufügen" und zwar durch Muskelkraft. Ein ideales Trampolin würde dich ja ohne Kraftzugabe immer wieder auf die gleiche Höhe befördern, also die ganze kinetische Energie in potentielle unwandeln. Aber im echten Leben treten immer Reibungsverluste auf und man muss Arbeit aufwenden. Dies geschieht jedesmal, wenn man "federt" und die Energie deiner Muskeln wird dann von den Federn im Trampolin sofort in Lageenergie von deinem Körper umgewandelt, wodurch man einen Großteil der Energie beibehält und wieder weitere in Form von Höhe hinzufügen kann.
Ähnliches gibt es beim Sprungbrett oder auch beim Stabhochsprung (wobei beim letzteren nur einmal gefedert wird).
Lg

Expertenantwort
von SlowPhil, Community-Experte für Physik, 39

Lageenergie ( Springer) -> beschleunigunsarbeit( Springer) -> spannarbeit ( Netz) -> spannenergie (Netz) -> hubarbeit (Netz) -> ( Bewegungsenergie Springer?) -> Lageenergie ( Höhepunkt Springer) -> Bewegungsenergie beim runterfallen vom Springer?

Im Prinzip ist das richtig, nur verrichtetet das Netz nicht nur Hub-, sondern auch und insbesondere Beschleunigungsarbeit, und weitere Hubarbeit wird von der kinetischen Energie verrichtet.

Es ist natürlich nie nur eine Form von Energie, die der Springer hat. Chemische Energie beispielsweise hat er immer »mit an Bord«, und Lageenergie hat er auch immer, mal mehr, mal weniger, je nach Höhe.

Nur seine kinetische Energie verschwindet an zwei Punkten seines Trampolinsprungs, nämlich am oberen Umkehrpunkt, an dem seine Lageenergie ein Maximum erreicht, und am unteren Umkehrpunkt, wenn die Spannenergie des Trampolins maximal wird.

Alle anderen Formen von Energie beim Trampolinsprung sind übrigens im Weiteren Sinne Formen von potentieller Energie. Ich persönlich würde so weit gehen, zu behaupten, dass sich alle Energieformen mehr oder weniger gut in eine der beiden Schubladen »potentielle Energie« und »kinetische Energie« einordnen lassen, sogar die Ruheenergie E₀=mc² eines Körpers (hauptsächlich potentielle Energie, nämlich Bindungsenergie).

Die Lageenergie, besser auch Gravitationsenergie, ist übrigens streng genommen negativ, nämlich

E_p = –G·M_e·m/R,

wobei G die Gravitationskonstante, M_e die Erdmasse, m die Masse des Springers und R der Erdradius ist. Noch genauer genommen stimmt das auch nicht, denn hinzu kommt noch das Potential der Sonne und der Milchstraße, ggf. noch das der lokalen Gruppe, zu der die Milchstraße gehört etc..

Diese Energie mit umgekehrtem, also positivem Vorzeichen würde es brauchen, um den Springer in einen Void zu befördern.

Relevant ist diese Energie nicht. Es kommt nicht darauf an, welche potentielle Energie ein Körper hat, sondern welche Energiedifferenz ihm zur Verfügung steht.

Im Fall des Springers ist das die Höhe über dem Trampolin, denn wenn er unter das Trampolin-Niveau kommt, hat er zwar noch etwas weniger Gravitationsenergie, aber die hinzukommende Spannenergie überwiegt diese.

Antwort
von fjf100, 19

1. Du stehst auf den Trampolin und es passiert nichts.

2. Nun springst du hoch.Wenn das Trampolin starr wäre, dann wird die Energie,die du aufwendest in Hubarbeit (potenzielle Energie, Lageenergie) umgewandelt

Epot = m*g*h

Da das Trampolin elastisch ist,wird ein Teil deiner zugeführten Energie zuerst in die Federspannarbeit gesteckt und dann wieder an deinen Körper abgegeben.

3. Wenn nun keine Energie zugeführt wird, dann wird die Sprunghöhe wegen der Reibung (Verluste) immer geringer.

Wenn keine Verluste auftreten würden, dann treten 3 Energieformen auf.

- die Federspannenergie Wf= 1/2 * c * s^2

- die kinetische Energie (Bewegungsenergie) Ekin= 1/2 * m *  v^2

- die potenzielle (Lageenergie) Epot= m* g * h

Du würdest also wen keine Verluste auftreten würden ,immer hoch und runter fliegen,ohne das du etwas machst.

Federspannarbeit : Die Arbeit W ist das Produkt aus der Kraft F und längs des Weges S.

Formel W= F * S hier sind F und S beides Vektoren,die parallel liegen.

Der Winkel zwischen diesen Vektoren (F u.S) ist Null.

Liegt F nicht parallel zu S ,so muss man den Vektor F zerlegen,in eine Komponente,die parallel zum Vektor S liegt und eine Komponente,die senkrecht auf S steht. 

Mit W= F * s muss man die Komponente einsetzen,die parallel zu S liegt.

Mit der Federkraft Ff= C * s eingesetzt

dW= F(s) * ds= C * s **ds integriet ergibt

Wf= 1/2 * c * s^2 +K für die Rahmenbedingung s=0 W=0 ist auch K=0

also allgemein Wf= 1/2 * C * s^2

C ist die Federkonstante in N/m (Newton pro meter)

S ist der Federweg in m (Meter)

Wf ist die gespeicherte Energie in Nm oder J (Joule) (Newton mal Meter)

Antwort
von Flohrianus, 27

Sag dazu, welche Tätigkeit du aktuell meinst.

ich spreche insbesondere von deinem Ausgangspunkt. War der Springer anfangs auf einer Art Sprungbrett -> du hast Recht.

War er in Ruhe auf dem Netz -> Chemische Energie (Arbeit der Muskeln)

Kommentar von frischkaeseone ,

Stimmt, dass hab ich vergessen. Da steht er stößt sich vom Netz ab. Also statt Lageenergie oder beschleunigunsarbeit dann chemische Energie?

Kommentar von SlowPhil ,

Nix »statt«, zusätzlich! Eine Kugelstoßkugel könnte man ja auch eine Weile auf dem Trampolin springen lassen, nur dass dies nicht lange andauert.

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