Physik- Verstehe nichts?

Hallo,

Auf einer Luftkissenbahn befindet sich ein 200 g schwerer Gleitkörper, an dem über einen Faden und eine Rolle ein 10 g-Massestück befestigt ist. Das Massestück hängt 0,70 m über dem Boden und wird einfach losgelassen. 

Der Gleitkörper stößt nach 1,0 m am Ende der Bahn auf eine einseitig eingespannte Schraubenfeder, die den Körper bis zum Stillstand abbremst. Dabei wird sie um 4,0 cm eingedrückt.

Welche Federkonstante hat die Schraubenfeder?

(Die Bewegung läuft praktisch reibungsfrei ab)

Ich verstehe nicht, was ich machen soll. Ich wähle dieses Jahr Physik ab, und freue mich schon solch eine Aufgabe nicht mehr zu haben…

Answer 1

[evtldocha]

Ich fange mal so an:

Die Federkonstante D kann man bestimmen aus der Energieerhaltung: kinetische Energie des Gleitkörper (beim Aufprall) ist gleich der Spannenergie der Feder. In Formeln

$E_{Spann}^{\left(F\right)}=E_{kin}^{\left(G\right)}\ \to\ \frac{1}{2}D\cdot s^2=\frac{1}{2}m_G\cdot v^2$

Das ergibt dann:

$\frac{1}{2}D\cdot s^2=\frac{1}{2}m_G\cdot v^2\ \ \ \ |\cdot2\ \ \ |\ :\ s^2$ $D=\frac{m_G\cdot v^2}{s^2}$ Hier ist die Masse m_G des Gleitkörpers sowie die Strecke s, um die die Feder eingedrückt wird, gegeben. Fehlt also noch die Geschwindigkeit v (bzw. v²), mit der der Gleitkörper auf die Feder trifft.

Die Geschwindigkeit des Gleitkörpers berechnet sich wieder aus einem Energieerhaltungssatz: Die potentielle Energie des beschleunigenden Massestücks von 10 g beschleunigt den Gleitkörper und das Massestück selbst auf die gemeinsame Geschwindigkeit v. Damit ergibt sich:

$\frac{1}{2}\left(m_M+m_G\right)\cdot v^2=m_M\cdot g\cdot h_M\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ |\cdot2\ \ |\ :\left(m_M+m_G\right)$ $v^2=\frac{2\cdot m_M\cdot g\cdot h_M}{m_M+m_G}$

Das muss man nur noch oben in die Formel für D einsetzen und erhält:

$D=\frac{m_G\cdot2\cdot m_M\cdot g\cdot h_M}{s^2\cdot\left(m_M+m_G\right)}=81,75\ \frac{N}{m}$

(Ich hoffe zwar, mich nicht verrechnet zu habe, empfehle Dir aber dringend alle Zahlenwerte noch einmal selbst einzusetzen und auszurechnen).