Wie berechnet man die Arbeit einer Achterbahn in Physik?
Infos: Der Wagen besitz in Moment des Ausklinkens eine Geschwindigkeit von V=6m/s
Aufgaben:
- Berechne die gesamte Arbeit, die dabei verrichtet wird. Welcher Anteil davon entfällt auf die Hubarbeit?
- Am Ende der Bahn sollen die Wagen mit einem Bremssystem abgebremst werden. Berechne, welche Leistung eine Bremsvorrichtung erbringen müsste, wenn der Bremsvorgang nur 4s dauern soll.
Wie kann ich diese beiden Aufgaben lösen (Reibung ist zu vernachlässigen)?
2 Antworten
Der Wagen muss zum Punkt A gehoben werden. Dazu muss man Hubarbeit verrichten.
Das war es dann auch schon mit der Arbeit, denn der Rest geht "von alleine".
Die Aufgabenstellung ist leider nicht exakt und klar formuliert. Vielleicht will der Lehrer/die Lehrerin auch alle drei Anstiege (Start->A, C->E, G->I) ausgerechnet haben, was aus der Aufgabenstellung nicht hervorgeht. Natürlich wird da Arbeit verrichtet, aber die dazu nötige Energie stammt aus der Bewegungsenergie des Wagens.
Welcher Anteil davon Hubarbeit sei ist nun einfach, da die Hubarbeit jetzt bekannt ist und als Anfangsgeschwindigkeit v = 6 m/s (und damit die kin. Energie am Anfang) bekannt ist.
Am Schluss wird die Gesamtenergie (Punkt A mit Epot + Ekin), welche am Ende als kin. Energie am Ende vorliegt, in Wärme umgewandelt, wenn man von reibungsfreier Fahrt ausgeht (was Physiker meist machen). Die Leistung P ist Arbeit (Energie) / Zeit, womit die Rechnung einfach ist.
Was in der Aufgabe fehlt (ist aber jedem, der eine Achterbahn kennt, klar): zu Beginn hat der Wagen bei "Start" v=0.
Was je nach Intelligenz der SuS fehlt oder auch nicht: Natürlich hängt die Energie von der Masse m des Wagens ab, die aber nicht gegeben ist. Das Ergebnis wird daher ein Ausdruck mit m sein.
> Berechne die gesamte Arbeit
Welche Energieformen kommen denn in Frage? Dann berechne die für Punkt A und berechne die Differenz zu Punkt "Start".