Anwendung des Energierhaltungssatzes der Mechanik?

2 Antworten

Anwendung des Energierhaltungssatzes der Mechanik?

Da hast du im Prinzip schon den richtigen Ansatz herausgefunden und einige gute Überlegungen angestellt. Da sind aber noch kleine Fehler drin wie hier z.B.

Ekin und Epot gleichsetzen und nach h umstellen.

Schauen wir uns die Situation mal an. Dazu wäre es sher günstig, eine Skizze zu machen. Wenn der Schüler etwas nicht versteht, macht er sich eine Tabelle oder eine Skizze. Hier wäre eine Skizze enorm hilfreich.

Bild zum Beitrag

Oben ist die Kugel in Ruhe. Sie hat daher Epot, aber kein Ekin. Die Feder ist entspannt, also gibt es auch kein Espann.

Nun lassen wir die Kugel los. Zuerst wird Epot in Ekin umgewandelt und sobald die Kugel auf die Feder trifft, wird sie gebremst und die Feder wird zusammengedrückt. Am tiefsten Punkt ist die Kugel wieder in Ruhe und die Feder maximal zusammengedrückt. Ekin haben wir keines, da die Kugel ruht.

Um Epot zu berechnen, gibt es zwei Möglichkeiten, unseren Nullpunkt festzulegen: 1) Dort wo die Feder noch entspannt ist, also 20 cm unterhalb der Kugel am Anfang.
2) Dort wo die Feder ganz zusammengedrückt ist. Das mache ich und habe es so auch in der Skizze eingezeichnet.

Beides ist möglich und führt zum Ergebnis.

Wir betrachten nur den Ausgangspunkt 1 und den Endpunkt 2 des Vorganges.

Nun stellen wir den Energieerhaltungssatz auf:
Eges = E1 = E2 = const.

E1 = Epot = m * g (h + s)

E2 = Espann = 1/2 * D * s^2

Daraus folgt mit E1 = E2:
m * g (h + Δs) = 1/2 * D * s^2

Daraus muss man nun durch Umformen eine quadratische Gleichung machen:

s^2 - (2mg/D)s - (2mgh/D) = 0

wenn man die entsprechenden Zahlenwerte einsetzt kommt raus:
s^2 - 0,0372 s - 0,00654 = 0
Das hat als Lösung:
s1 = 0,099
s2 = - 0,066
Da ein Minus beim s keinen Sinn macht, ist die Lösung:

De Feder wird um 0,099m = 9,9 cm zusammengedrückt.

Falls ihr noch keine quadratischen Gleichungen hattet, könnte man auch einen einfacheren Ansatz wählen und s bei der Lageenergie unter den Tisch fallen lassen. was aber nicht korrekt wäre:

E1 = E2
Epot = Espann
m * g * h = D/2 * s^2
s^2 = 2mgh/D = 2 * 2 kg * 9,81 m/s^2 * 0,2 m / 1,2 * 10^3 N = 0,0654 m^2
s = √ 0,0654 m^2 = 0,81 m = 8,1 cm


 - (Zeit, Energie, Formel)
JojovonDracas 
Fragesteller
 17.06.2023, 17:52

OMG einfach Lebensretter, Vielen Dank

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Bei 1 brauchst du die Geschwindigkeit nicht zu berechnen:

Lageenergie und Spannenergie gleichsetzen.

Bei 2 Skizze ist gut.

Kinetische Energie berechnen (km/h in m/s umwandeln)

Davon 80% berechenen

Damit die Höhe der entsprechenden Lageenergie berechnen. (h in der Skizze)

Damit die Strecke berechnen (Kathete in der Skizze)

JojovonDracas 
Fragesteller
 12.06.2023, 16:52

bei der ersten, wonach muss ich denn da umstellen. Ich kann ja beides ausrechnen aber dann steht da 0,3924 kg*m^2 / 9,81 kg*m /s^2 (ich hab für Ekin die Erdbeschleunigung genommen weil ich keine Geschwindigkeit hatte)

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