Physik,Spielzeugfrosch?
Ein Spielzeugfrosch(m=20g) wird mit einem saugnapf unter spannen einer feder an einer Tischkante befestigt. Nach kurzer Zeit springg 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.
d) berechne die maximale Höhe, die der Frosch über dem Tisch erreicht
Ich hab eine frage unzwar wieso muss ich Epot=Ekin einsetzten und nicht Epot=Es?
2 Antworten
Hier den Energieerhaltungssatz anwenden
Federspannarbeit Fsp=1/2*D*s^2
Potentielle Energie (Lageenergie) Epot=m*g*h
Die Bezugsebene ist hier die Tischfläche. Hier ist Epot=0
gleicgesetzt Fsp=Epot
1/2*D*s^2=m*g*h
h=(1/2*D*s^2)/(m*g)
Einheitenkontrolle
Fsp=... N/m*m^2=Nm (Newton mal Meter oder Joule)
m*g ergibt kg*m/s^2=N
also N*m/N=m (Meter) stimmt also,weil als Einheit für die Höhe h Meter ist.
Würde eine andere Einheit herauskommen,so würde die Formel nicht stimmen.
Die Aufgabe ist so nicht lösbar,weil die Federspannarbeit nicht berechnet werden kann.
Allerdings, wenn der Frosch nicht senkrecht nach oben springt, dann muß man die Anfangsgeschwindigkeit berechnen und dann die y-Komponente und x-Komponeten ausrechnen.
Ekin=Esp
1/2*m*V^2=1/2*D*s^2
v=Wurzel(D*s^2/m)
Dazu braucht man die Federkonstante D (Einheit N/m , Newton pro Meter) und um wie viel die Feder zusammengedrückt wurde , Federweg s in Meter.
V=+/-Wurzel(D*s^2/m)=+/-Wurzel(500*0,03^2/0,02kg)=+/- 4,7434..m/s
also V=4,7..m/s
wir nehemen die Geschwindigkeit v=positiv , in positiver Richtung
Hinweis: a,g, V und s sind Vektorern,die ein "positives" oder ein"negatives" Vorzeichen haben können.
Nun brauchst du noch den Abschußwinkel,damit du die Komponeten Vx=.. und Vy=... berechnen kannst.
Bewegung in y-Richtung
1) a=-g=-8,91 m/s^2 Minuszeichen,weil g nach unten zeigt in negativer Richtung , 2 mal integriert ergibt
2)Vy(t)=-g*t+Vy
3) Sy(t)=-1/2*g*t^2+Vy*t+So hier ist So=0 bei t=0 oder So=Tischhöhe
aus 2 Vy(t)=0=-g*t+Vy ergibt die Steigzeit t=Vy/g in 3
Sy(t)=-1/2*Vy^2/g+Vy*Vy/g=-1/2*Vy^2/g+Vy/g
Sy(t)=Vy^2/(2*g) ist die Steighöhe ab Tischkante
Einheitenkontrolle. (m/s)^2=m^2/s^2 und 2*m/s^2=m/s^2
m^2/s^2*(s^2/m)=m^2/m=m Einheit der Steighöhe h in Meter
Formel stimmt als nach der Einheitenkontrolle.
Epot=Es?
Wenn Es die Spann-Energie ist, bist du mit diesem Ansatz auf dem richtigen Weg. Natürlich musst du die Daten der Feder kennen, damit du die Es berechnen kannst.
Dann ist der Rest einfach.
D=500 N/m und s=0,03 m ich habs mit Epot=Ekin und mit Epot=Es da kommen 2 unterschiedliche Ergebnisse