Problem mit Flummi
Hallo,
irgendwie stehe ich gerade auf dem Schlauch. Wenn sich die Höhe eines Flummis bei jedem Aufkommen um den selben Faktor verringert, dürfte er doch niemals stillstehen. Also würde ein PM sein.
Warum bleibt er also irgendwann liegen, oder sieht es für uns nur so aus und in echt hüpft er noch minimal hoch?
Vielen Dank
5 Antworten
(1) Grundsätzlich:
- Der "Flummi" wirkt vom Prinzip her wie eine Feder:
- Er speichert beim zusammendrücken Spannernergie "Espann" und kann diese anschließend wieder abgeben, wenn er sich wieder zu seiner ursprünglichen Form ausdehnt.
- Bei der Umwandlung der Energieformen (s.u.: kinetische Energie, Spannenergie) treten jedoch immer "Energieverluste" auf, welche in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben werden.
- Du kannst dies praktisch mit dem "Flummi" ausprobieren: Drücke den "Flummi" mehrfach zusammen, lass ihn sich wieder ausdehnen und immer so fort.....
- Du wirst feststellen, dass sich die Temperatur des "Flummi" hierbei erhöht. Dies liegt daran, dass sich die Teilchen (Atome / Moleküle) im Flummi beim Zusammendrücken und auch beim Ausdehnen aneinander "reiben".
- Die entweichende Wämeenergie "Etherm" reduziert also die im "Flummi" gespeicherte Energie.
(2) Umwandlung der Energieformen beim Flummi:
Läßt man einen "Flummi" z.B. aus 10m Höhe fallen treten auf den Boden fallen, sind folgende Energieformen "beteiligt":
Vor dem Herunterfallen hat der "Flummi" potentielle bzw. Lageenergie (Epot = m x g x h), m = masse [kg], g = Erdbeschleunigung (rd. 9,81 [m/s²]), h = Fallhöhe [m] bis zum Boden.
Diese Lageenergie "Epot" wird bis zum Boden (der Fall ist ja dann beendet) in kinetische Energie umgewandelt (Ekin = 1/2 x m x v²), m = masse [kg], v =Geschwindigkeit [m/s]
Anders ausgedrückt der Flummi kommt am Boden mit der Geschwindigkeit "v" an. (Anm. Verluste treten auch hier wegen der "Luftreibung" auf, d.h. die Aufprallgeschwindigkeit auf den Boden ist etwas geringer als bei einer vollständigen Umwandlung der potentiellen Energie "Epot" in kinetische Energie "Ekin")
Am Boden wird der "Flummi" zusammengedrückt und speichert die potentielle Energie "Epot" ind Spannenergie Espann = 1/2 x D x L², mit D=Federkonstante [N/m] und L = Auslenkung aus der Ruhelage [m].
Der "Flummi" dehnt sich dann wieder aus und gibt seine Spannernergie ab (aufgrund der Erwärmung geht aber ein Teil dieser Energie verloren s.o), beschleunigt den "Flummi" bis dieser mit einer bestimmten Geschwindigkeit "v" wieder nach oben fliegt (Umwandlung in potentielle Energie).
Aufgrund der kinetischen Energie "Ekin" wird eine bestimmte Höhe "h" des Flummis über dem Boden erreicht "Epot".
Diese Energieumwandlungsprozesse wiederholen sich dann, wieder und wieder..
Weil bei jedem Energieumwandlungsprozess Verluste in Form von Wärme entstehen, ist der Vorgang endlich. Das kann man z.B. daran sehen, dass die max. Steighöhe des "Flummis" von mal zu mal abnimmt.
Hoffe das war ein bischen nützlich?
Gutes Gelingen!
LG.
Ein Tipp noch für das Experiment:
- Die Fallzeit aus 2 m Höhe beträgt ca. 0,64 s (t = wurzel(2 x h / g))
- Wenn Deine Digitalkamera über höhere Frameraten z. B. 240 fps (fps = frames per second) verfügt, würde ich diese wählen, damit Du diesen relativ schnellen Vorgang mit höherer zeitlicher Auflösung verfolgen kannst.
LG.
hat was mit der Trägheit der Masse zu tun. Die restliche Energie reicht irgendwann nicht mehr aus um den Flummi in Bewegung zu bringen, da die Trägheit der Masse nicht mehr überwindet werden kann
zum Schluss ist der Impuls so gering, dass die Kraft nicht mehr für ein ansteigen ausreicht und dann bleibt er liegen.
In Deiner Aussage liegt bereits ein Widerspruch ! Luftwiderstand und Verformungsarbeit verhindern das PM !
Die frage war warum beim 2. mal eine Beschleunigung stattfindet und es dann wieder in der alten Geschwindigkeit weitergeht. Den Rest konnte ich schon zum größten Teil. Trotzdem danke für eure Bemühungen!
Habe in einem Kommentar gelesen, dass du die Verlustenergie des "Flummi" bestimmen möchtest.
Einheiten: "Everlust" [Joule], m = Masse des "Flummis" [kg] z.B. 0,1 kg (entspricht 100 Gramm), g = Erdbeschleunigung 9,81 [m/s²], "delta h" Abnahme der Steighöhe im Vergleich zur vorherigen Steighöhe, z.B. 2 m - 1,95 m = 0,05 meter, dann ist Everlust = 0,1 kg x 9,81 m/s² x 0,05 m = 0,049 Joule.
Da du bei einer geringen Fallhöhe (hier 2 meter), den Luftreibungsverlust (fast) vernachlässigen kannst, entspricht der ermittelte Verlust "Everlust" praktisch dem Verlust durch die innere Reibung im "Flummi".
Vorschlag für einen Versuch:
Suche Dir einen Ort mit einem möglichst ebenen Untergrund (z.B. Turnhalle, Klassenzimmer etc.)
Suche Dir einen Helfer mit einem Zollstock (2m), welcher den "Flummi" aus dieser Höhe fallen lässt.
Filme den Vorgang mit einer Digitalkamera und lese anschließend (z.B. in Zeitlupe) die jeweiligen Steighöhen am Zollstock ab. Falls das mit dem Zollstock nicht geht, weil die Ziffern zu klein sind, kannst du die Höhenskala z.B. mit größeren Strichen auch auf ein Stück Pappe / Papier übertragen.
Gutes Gelingen!
LG.