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Physikleistungskurs-Aufgabe zum Energieerhaltungssatz (Physik, Schule, Oberstufe, Klausurvorbereitung)?

Frage zu der untenstehenden Aufgabe, wie man diese löst und darunter kommen meine Gedanken zu der Aufgabe (mit denen ich aber nicht richtig weiterkomme).

Ich habe in Physik diese Aufgabe bekommen:

Hakt man eine Kugel an eine entspannte Schraubfeder, die an einem Stativ hängt, und lässt die Kugel los, so zieht sie diese Feder um das Doppelte der Strecke nach unten, die sich ergibt, wenn man die Kugel langsam mit der Hand nach unten führt, bis sie ihre Gleichgewichtslage, an der der Feder hängend, erreicht hat. Zeigen Sie, dass diese Beobachtung mit dem Energieerhaltungssatz übereinstimmt.

Mein Lösungsansatz dafür wäre, dass man erstmal zwei Versuche annimmt, die eine gemeinsame Ausgangslage 0. haben:

0 . Die Feder ist entspannt, und das Massestück ist erstmal noch fest.

  1. Wenn die Kugel mit der Hand nach unten geführt wird, bis sie ihre Gleichgewichtslage, an der Feder hängend, erreicht hat.
  2. Wenn die Kugel einfach so losgelassen wird und die Feder um das Doppelte der Strecke von 1. nach unten gezogen, bis sie auch ihre Gleichgewichtslage erreicht hat.

Mein Gesamtgedanke war, dass die potenzielle Energie von 0. bei 1. in Spannungsenergie und kinetische Energie der Hand umgewandelt wird, bei 2. nur in Spannungsenergie.

Bei 0. wirkt die Gewichtskraft auf das Massestück mit Fg= m*g.
Dabei hängt das Massestück über einer bestimmten Höhe h über dem Nullniveau des Bezugskörper Erde.
Die Federspannkraft bei 0. Fsp ist gleich 0 N, weil die Feder entspannt ist und der Weg der gespannten Feder s=0m ist.
Die Formel für die Federspannkraft ist Fsp= D*s.
Bei beiden Versuchen bleiben die Masse m, die Fallbeschleunigung g und die Federkonstante D gleich. Deswegen ist die Gewichtskraft bei beiden Versuchen gleich. Jedoch ändert sich der Weg s und die Höhe h bei beiden Versuchen und damit auch die Federspannkraft.

Die Spannkraft Fsp wirkt in die gleiche Richtung wie die Gewichtskraft Fg und den Weg s.

Bei 1. wird die Feder nun mit der Hand um die bestimmte Länge s gedehnt, die Höhe h ändert sich, indem h1=h - s. Mit der Hand führt man eine Bewegung aus, weswegen ich meinen würde, dass dort auch irgendwie kinetische Energie ins Spiel kommt?

Bei 2. wird die Feder um den Doppelten Weg s von 1. , also 2*s, gedehnt und die Höhe h ändert sich, indem h2=h - 2*s.

Bei 0. ist keine Spannkraft vorhanden, also auch keine Spannenergie. Es ist aber die Gewichtskraft vorhanden, weswegen es eine potenzielle Energie Epot gibt. Diese ist Epot = m * g * h.
Bei 1., wie auch 2., wird die potenzielle Energie Epot in jeweils unterschiedliche Spannenergie umgewandelt, weil bei 1. und 2. Spannkraft unterschiedliche Fsp vorhanden ist. Diese hängt ausschließlich vom Weg s ab.

Ich würde jetzt davon ausgehen, dass bei 1. der doppelte Weg 2*s durch die Hand und das Massestück vollführt würden (gleichzeitig und deswegen ist das die Hälfte von Weg 2*s in 2.), während bei 2. die Hand wegfällt und somit der Weg s von der Länge her, doppelt so lang ist, wie der in 1. .

Aber jetzt komme ich nicht weiter... Und ich weiß auch nicht, ob ich irgendetwas falsch gemacht habe, aber ich hoffe, ihr könnt mir helfen:D

Energie, Kraft, Formel, Mechanik, Physiker, Energieerhaltung, Kinematik

Geschwidnigkeit von Elektronen im Elektronenstrahl?

Fatto diretto al punto (Ich komme direkt zum Punkt, wie der Italiener sagen würde).

Ein zylinderförmiger Elektronenstrahl hat einen Durchmesser von 0.5 mm. Der Strahl enthält 2 × 10^8 Elektronen pro Kubikmillimeter. Die Energie der Elektronen beträgt 0.3 keV.

a) Wie schnell sind die Elektronen im Elektronenstrahl?

b) Berechnen Sie den elektrischen Strom.

c) Der Elektronenstrahl durchläuft ein transversales magnetisches Feld von 2 Tesla. Berechnen Sie den Krümmungsradius der Kreisbahn im Magnetfeld.

Jensek81'scher Ansatz

a) E_kin = 1/2 m v²

Umformen zu v = Wurzel (2 E / m)

E = 0,3keV = 0,3 * 10³ * (1,6022*10^-19)

m = 9,11*10^-31 kg

Einsetzen: v = Wurzel (2 E / m) = v = Wurzel (2 * 0,3 * 10^-3 / (9,11*10^-31 kg))

= 10272468,08 m/s

b) Stromstärke Elektronenstrahl

I = n * e * A * v

n = Dichte = 2 * 10^-8 e/cm³ = 2*10^-14 e/m³

e = 1,6022 * 10^-19 C

A = π r², wobei d = 2 * r (da Zylinder) =>> 0,5 mm = 2 * r => r = 0,25 mm = 0,00025 m

V = 10272468,08 m/s (aus vorheriger Aufgabe)

Einsetzen: I = n * e * A * v = 2 * 10^-14 e/m³ * 1,6022 * 10^-19 C * π * (0,0025m)² * 10272468,08 m/s

= 6,46 * 10^-5 A

c) r = (mv)/(e*B)

= (9,11*10-31 kg * 10272468,08 m/s) / (1,6022*^10^-29 * 2 T) = 2,92*10^-5 m

Stimmt das so? Insbesodnere die 10272468,08 m/s erscheinen mir doch sehr skrupellos...

Bewegung, Geschwindigkeit, Energie, rechnen, Kraft, Elektrotechnik, Beschleunigung, Formel, kinetische Energie, Mechanik, Physik, elektrisches Feld, Kinematik

Trägheitsgesetz?

Hallo,

Ich habe mich heute etwas mit dem Trägheitsgesetz auseinandergesetzt und habe paar Fragen. Das Trägheitsgesetz geht davon aus, dass ein Körper in seiner Bewegung unveränderlich bleiben will und wird, solange keine andere Kraft auf dieses Objekt/den Körper wirkt. Damit der Körper in seiner Bewegung unveränderlich bleibt, setzt er eine entgegengesetzte Kradr aus, um seinen Bewegungszustand zu behalten. Dazu habe ich mir folgendes Expermiment angeschaut: ein Stein wird auf einer Karte platziert und die Karte auf einem Becher. Der Stein steht im ersten Moment still und will auch still bleiben, dass bedeutet gleichzeitig auch, dass er auf der Karte bleiben will (wenn er runterfällt, würde ja sein Bewegungszustand verändert werden). Wenn man ja sagt, dass ein Körper träger ist, bedeutet dies ja, dass es besser seinen Beweugungszustand beibehalten kann. Wenn wir jedoch die Karte schnell wegziehen, kann der Stein nicht (habe ich so gelesen) reagieren und fällt runter. Je größer die Masse, desto träger ein Körper. Aber warum fällt dann ein schwerer Stein dann schon bei langsamen wegziehen runter und ein kleinerer (kleinere Masse) nicht? Wenn es ja träger ist. Ich glaube ich habe einen kleinen Denkfehler, aber komme gerade nicht auf die Lösung. Außerdem weiß ich noch, dass man zwischen stillstehenden Körperen und sich bewegenden Körpern unterscheiden muss. (Bewegende Körper wollen ihrer Bewegungszustand beibehalten, also bei einer Bremsung gehen wir auch im Auto nach vorne). (Wenn wir aber still stehen, wollen wir ja still stehen bleiben).

Kann mir jemand dieses Experiment ganz genau erklären, wie welche Kräfte wirken?

Zudem, ich versteh zwar gut warum wir beim bremsen nach vorne gehen. Jedoch verstehe ich nicht ganz, warum man beim Beschleunigen in den Sitz gepresst wird. (Ist es weil wenn wir beschleunigen, gehen wir ja nach vorne, unser Körper jedoch, will seinen Bewegungszustand nicht wechseln und wirkt mit einer Kraft entgegen?)

Geschwindigkeit, Kraft, Beschleunigung

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