Physik mechanische Energie: Umwandlungsaufgabe. Kann die jemand lösen?
Sachverhalt: Ein Spielzeugfrosch wird mit einem Saugnapf unter Spannen einer Feder an einer Tischkante befestigt. Nach kurzer Zeit springt er in die Höhe, weil der Saugnapf nicht mehr hält. Seine Flugbahn ist etwas seitlich, so dass er beim Herabfallen die Tischkante verfehlt und bis zum Boden fällt.
Aufgabenstellung: Die Tischplatte ist 78cm über dem Boden. Der Frosch hat insgesamt eine Masse von 0,8g. Die Feder hat eine Federhärte von 120 N/m und wird beim Spannen 2,0cm nach unten gedrückt. Berechne, wie hoch der höchste Punkt in der bogenförmigen Flugbahn des Frosches ist. Bestimme die Geschwindigkeit wenn der Frosch im Fall 78cm über dem Boden ist, und wenn der Frosch im Fall unmittelbar über dem Boden ist.
Vielen Dank für jede Mühe!!!
1 Antwort
Die Spannenergie der Feder ist 1/2 mal Federhärte mal Federweg^2.
Wenn der Frosch springt, wird die Spannenergie zuerst zu kinetischer Energie, und die wird während des Sprungs bis zum höchsten Punkt der bogenförmigen Flugbahn vollständig zu zu potentieller Energie.
Die Energiemenge bleibt bei diesen Umwandlungen gleich (Energieerhaltungsprinzip).
Wenn Du die Spannenergie weißt, dann weißt Du also auch die potentielle Energie am höchsten Punkt der Flugbahn, d.h. m g h, und damit weißt Du auch h (wobei h bis jetzt auf die Tischplatte bezogen ist).
Beim Herunterfallen zum Boden kommt zu h noch die Höhe der Tischplatte dazu. Zur Energie kommt damit mehr Energie dazu. Nämlich die pot. Energie, die der Frosch bezogen auf den Fußboden schon hatte, als er noch auf dem Tisch saß.
Die Geschwindigkeit v in der btr. Höhe bekommst Du aus der kin. Energie 1/2 m v^2 , und die ist das, was übrigbleibt, wenn man von der gesamten Energie die pot. Enrgie in der btr. Höhe abzieht.
Besten Dank. Das Alles hast Du wirklich nachvollziehbar erklärt!