Mechanische Energie und Arbeit Aufgabe?
Hallo und danke schonmal im Vorraus
Mein Sohn hat einige Probleme bei einer Physik Aufgabe bei der ich ihm leider nicht weiter helfen kann.
Die Aufgabe:
Berechne die Höhe, auf die ein gefüllter 10 Liter Wassereimer gehoben werden müsste, damit er genauso viel Energie hat wie ein Rammklotz ( Rammklotz hat eine Höhenenergie von 17,2 Kj, Masse des Eimers beträgt 360 g)
Weiß jemand wie man diese Aufgabe zu lösen hat? Vielen Dank
Lg
5 Antworten
- Zunächst sage ich bei solchen Fragen immer: Energie und Arbeit ist physikalisch das gleiche, beides wird in Joule (J, oder kJ) angegeben. Es ist nur ein begrifflicher Unterschied
- Bei vielen solchen Aufgaben geht es um das Gesetz der Energie-Erhaltung: Eine Energieform wird zu 100% in eine andere umgewandelt (Verluste werden oft vernachlässigt).
- Für jede Energieform gibt es eine Formel, man muss nur die passende finden: Man schaut, was gegeben ist, und welche Formel am besten passt.
Nun aber zu eurem Fall, der ist einfacher:
- In eurem Fall ist eine "Höhenenergie" gegeben, das nennt sich potentielle Energie = 17.2kJ. Gesucht ist eine gleichwertige potentielle Energie eines andern Körpers.
- die Formel für diese Potentielle Energie ist m*g*h (* steht für "mal")
- m ist die (Gesamt)masse in kg
- h die Höhe in m
- g ist die Gravitationsbeschleunigung der Erde, meist als Konstante genommen, Wert=9,81
- Gesamtmasse ist 10kg (von 10l Wasser) plus 360 g, also 10,36kg
- dies alles in die Formel einsetzen: 17,2kJ=10,36*9,81*h
- --> noch nach h auflösen, fertig.
Energie vom Rammklotz Er=17,2 kJ=17200 J
1kJ (Kilojoule)=1000 J (Joule)
potenzielle Energie (Lageenergie) Epot=m*g*h
m=Masse in kg (Kilogramm)
g=9,81m/s² Erdbeschleunigung,ist überall auf der Erdoberfläche gleich
h=Höhe in m (Meter)
es gilt Energie Rammklotz=potentielle Energie
Er=Epot
Er=m*g*h
h=Er/(m*g)=17200 J/((10kg+0,36kg)*9,81m/s²))=169,24m
Tipp:Besorge dir ein Physik-Formelbuch aus einem Buchladen.
Da stehen alle Formeln drin,die du für deine Aufgaben brauchst.
Epot = m*g*h
bekannt ist:
Epot = 17,2kJ (17200J)
m= 10,36kg
g= 9,81m/s² = ),81N
nach h auf gelöst: h = Epot/(m*g) = 17200J (10,36kg*9,81m/s²)= ...... m
1 Newton ist gleich der Kraft, die einem Körper der Masse 1 kg die Beschleunigung 1 m/s2 erteilt. 1 Joule (1 J).
Ja, Danke, da war der Finger (auch bei der Klammer statt der 9) schneller als das Hirn.
Hier geht es nur um potenzielle Energie, da die Energie nur von der Höhe abhängt.
Generell gilt:
Epot = m * g * h
und laut Aufgabe gilt:
Epot_eimer = Epot_ramme
also:
m_eimer * g * h_eimer = 17,2 kJ
nach h auflösen:
h = 17,2 kJ / (m * g) = 17,2 kJ / (0,36 kg * 9,81 m/s^2) =17,2 kNm / 3,53 N
= 4,87 km
Bin einverstanden mit Deiner Herleitung, ich lese jedoch ein gefüllter 10l Wassereimer, die Füllung (grob 1kg/l) hast Du denke ich unterschlagen.
Da hast du recht....mal wieder zu schnell geschrieben und prompt geschlust.
Vielen Dank!! Jedoch verstehe ich nicht wo Sie die, während Sie nach h auflösen die 17,2 kNm und die 3, 53 N hernnehmen?
1 Joule = 1 Newtonmeter
17,2 kJ = 17,2 kNm
Die Umw2andlung der Einheit erleichtert das Kürzen der Einheiten, sodass nur noch km übrig bleiben.
und die 3, 53 N hernnehmen?
Da habe ich nur Masse des Eimers 360 g gelesen und dafür die Gewichtskraft ausgerechnet. Die 10 kg Füllung habe ich glatt übersehen.
Richtig müsste es daher heißen:
h = 17,2 kJ / (m * g) = 17,2 kJ / (10,36 kg * 9,81 m/s^2) = 17,2 kNm / 101,6 N = 0,169 km = 169 m
Mittels Potentieller Energie mgh kann man das berechnen
Naja, zu leicht wollte ich es auch nicht machen: Hilfe zur Selbsthilfe ;)
Kleines Detail: [g] ist nicht Newton, sondern N/kg