Physik Step 37 (neu)
Lernkarten zu Step 37 des Grundlagenfachs Physik: Energieumwandlung ohne Verluste (Lage-, Bewegungs- und Spannenergie, Energiebilanz, Bungee-Sprung).
Lernkarten zu Step 37 des Grundlagenfachs Physik: Energieumwandlung ohne Verluste (Lage-, Bewegungs- und Spannenergie, Energiebilanz, Bungee-Sprung).
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Cartes-fiches
Ein Vorgang, bei dem Energie von einer Form in eine andere übergeht – ohne dass dabei Energie verschwindet oder neu entsteht.
Eine Umwandlung nur zwischen den mechanischen Energieformen: Lageenergie, Bewegungsenergie und Spannenergie.
Fallender Apfel (Lageenergie → Bewegungsenergie); Trampolinspringer (Bewegungsenergie → Spannenergie → Bewegungsenergie).
Glühbirne (elektrische Energie → Licht und Wärme); Laden eines Akkus (elektrische Energie → chemische Energie).
E_pot = m ⋅ g ⋅ h
E_kin = ½ ⋅ m ⋅ v²
E_spann = ½ ⋅ D ⋅ s² (D = Federkonstante, s = Dehnung)
Die Federkraft F = D ⋅ s wächst linear mit s, die Spannenergie E_spann = ½ ⋅ D ⋅ s² quadratisch.
Seine Lageenergie wird Stück für Stück in Bewegungsenergie umgewandelt; die Summe beider bleibt gleich, unten ist er am schnellsten.
m ⋅ g ⋅ h = ½ ⋅ m ⋅ v² (Lageenergie oben = Bewegungsenergie unten)
v = √(2 ⋅ g ⋅ h)
Die Masse m steht in der Energiebilanz m ⋅ g ⋅ h = ½ ⋅ m ⋅ v² auf beiden Seiten als Faktor und kürzt sich heraus.
v = √(2 ⋅ g ⋅ h) = √(2 ⋅ 10 m/s² ⋅ 5,0 m) = √(100 m²/s²) = 10 m/s
Nur der Höhenunterschied Δh zwischen Start und Ziel (des Schwerpunkts) – nicht die absolute Höhe über dem Boden.
Seine Bewegungsenergie wird in Lageenergie umgewandelt; er wird langsamer und steht am höchsten Punkt für einen Moment still.
h = v² / (2 ⋅ g) – aus der Bilanz ½ ⋅ m ⋅ v² = m ⋅ g ⋅ h, die Masse kürzt sich heraus.
h = v² / (2 ⋅ g) = (10 m/s)² / (2 ⋅ 10 m/s²) = 100 m²/s² / 20 m/s² = 5,0 m
Grösste Lageenergie an den beiden Umkehrpunkten (oben, kurz stillstehend); grösste Bewegungsenergie im tiefsten Punkt (dort am schnellsten).
Stabhochsprung (Anlauf → Höhe über der Latte); ein hoch geschossener Fussball, der beim Steigen langsamer wird.
1. Plattform: nur Lageenergie. 2. Freier Fall: Lageenergie → Bewegungsenergie. 3. Seil dehnt sich: Bewegungsenergie → Spannenergie. 4. Tiefster Punkt: fast alles Spannenergie, v = 0.
Die Abfolge läuft rückwärts: Spannenergie → Bewegungsenergie → Lageenergie.
Bis dahin fällt der Springer frei, das entspannte Seil speichert keine Energie – wie beim fallenden Stein gilt v = √(2 ⋅ g ⋅ h), unabhängig von der Masse.
Energiebilanz Start → tiefster Punkt (beide Male v = 0): m ⋅ g ⋅ h = ½ ⋅ D ⋅ s² ⇒ D = 2 ⋅ m ⋅ g ⋅ h / s²
Reibung (Luftwiderstand, innere Reibung im Seil) wandelt bei jeder Umwandlung einen Teil der mechanischen Energie in Wärme (innere Energie) um – die Ausschläge werden immer kleiner.
