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Energie mit Federn

Teil des Abschnitts Mechanik der Physics-Journey von Coddy. Lektion 63 von 97.

Ohne Reibung ergibt die Summe aus kinetischer Energie, gravitativer potenzieller Energie und elastischer potenzieller Energie dieselbe Gesamtenergie:

$\tfrac{1}{2} m v^2 + m g h + \tfrac{1}{2} k x^2 = \text{constant}$

Ein Klotz startet aus der Ruhe oben auf einer glatten Rampe in der Höhe h, rutscht hinunter auf einen ebenen Boden und stößt gegen eine Feder mit der Federkonstanten k, die an einer Wand befestigt ist

Eine glatte Rampe, ein ebener Boden und eine Feder an der Wand.

Schreibe die Gesamtenergie für zwei Zeitpunkte auf und setze die Werte gleich. Wenn das Objekt für einen Moment zum Stillstand kommt, ist seine KE 0.

Energiebalken für den 2-Kilogramm-Block: 9.8 Joule potenzielle Energie zu Beginn, 9.8 Joule kinetische Energie am tiefsten Punkt, 9.8 Joule elastische Energie in der Feder, wenn sie den Block zum Stillstand gebracht hat

Energiebalken für den $2\ \mathrm{kg}$ -Block: PE wird zu KE, dann zu Federenergie.

Aufgabe

Ein Spielzeugwerfer zeigt gerade nach oben. Seine Feder mit $k = 490\ \mathrm{N/m}$ wird unter einem Ball mit $0.5\ \mathrm{kg}$ um $0.2\ \mathrm{m}$ zusammengedrückt, und der Luftwiderstand ist so gering, dass er vernachlässigt werden kann. Das Bild zeigt den Ball zweimal: auf der Feder und an seinem höchsten Punkt. Zeichne die Kräfte auf ihn an seinem höchsten Punkt ein und bestimme dann die Höhe $h$ , die er über seinem Ausgangspunkt erreicht.

Probier es selbst

Physics diagram: spring, ball, path

$h$ isolieren

Teste dich selbst

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Alle Lektionen in Mechanik

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Von Kräften zur Bewegung Von der Bewegung zu den Kräften Bewegung in zwei Phasen Wiederholung – Aufzug

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Impuls als Vektor 2D-Kollisionen Explosionen Wiederholung – Billard

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Gesetz der Gravitation Schwerkraft und Höhe Satelliten Keplersche Gesetze Gravitationsenergie Fluchtgeschwindigkeit Satellitenenergie Rückblick – Mission in den Orbit

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Missionsbesprechung Schub beim Start Aufstieg auf Flughöhe Reiseflug und Bremsen Paketabwurf

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Elastische potenzielle Energie FederwerferEnergie mit FedernWiederholung – Federwerfer

15Kreisbewegung

Gleichförmige Kreisbewegung Zentripetalbeschleunigung Horizontale Kreisbewegungen Vertikale Kreisbewegungen Der Looping Wiederholung – Auto in einer Kurve

18Abschließende Herausforderungen

Wiederholung – Stunt-Rampe Wiederholung – Crashtest Wiederholung – Raumsonde