Physik energieerhaltungssatz

Wissenschaft Physik
#1

Hey meine lieben :smile:
ich bin gerade dabei ein paar physikaufgaben zu lösen und eine von denene macht mir gerade ein paar probleme.
Also die Aufgabe lautet: Auf der skizzierten schiefen ebene mit auslauf wird ein körper aus der ruhelage losgelassen, gleitet die schiefe ebene abwärts, dann die waagerechte strecke weiter und wird durch eine feder bis zum stillstand gebremmst.berechnene sie den anlaufweg s1
geg: m 500kg s212m, delta s= 12cm reibungskoeffizient(ich weiß nichtwie man das zeichen macht )= 0,2 alpha= 50 und Espann der feder= 50N/cm

also ich habe mir dabei gedacht das man am anfang Epot hat diese energie berechnent dann gleitet der gegenstadn ja runter also Ekin und Ereib und dann hat man ja noch die Spannarbei9t der Feder.
Meine Frage wäre nun aber, ob ich das alles gleichsetzten muss oder erst die energien berechne und dann etwas gleichsetzte ? Ich bin nicht wirklich gut in physik und hab echt problme bei diser aufgabe es wäre wirklich lieb wenn mir einer dabei helfen würde also nicht alles vorrechnene sondern mir meine frage beantworten kann :smile:

LG und danke jetzt schon mal für jede hilfe

#2

Es gibt bereits einige Internetseiten die das Problem auch erklären.

Ja du stellst die Energieformeln auf, setzt diese gleich und löst dann nach den gerutschten Metern in auf.

#3

aber welche nergien ich meine am anfang ist mir ja klar das ich potentielle energie hbe und wenn das runterrutsch habe ich doch kinetische energie minus die reibung oder ? und muss ich da wirklich 4 gleichungen gleichsetzten ? :smile:

#4

Hallo,
also du musst nicht die Energien ausrechnen, zum gleichsetzen genügt es die Anfangsenergie mit der gesamten benötigten Energie gleichzusetzen. Also Epot=Ereib+Espan, Ekin wird nicht benötitigt, da sie am ende, wenn die Feder gespannt ist gleich null ist.

du kannst es ja mal so versuchen und wenn weitere Fragen bestehen, melde dich doch einfach nochmal.
viele grüße

#5

Hey ich danke dir schon mal für deine Antwort :smiley:
ehm kannst du mir vielleicht noch erklären wie du darauf kommst das die kinetische energie gleich null ist wenn man die feder spannt ? also ist das immer so oder gilt das jetzt nur für diese aufgabe ? :smile: und meine zweite frage wäre habe ich nicht 2 mal kinetische energie ? ich habe mir nämlich gedacht, dass ich in dem momment wo der gegenstand runter rutsch kinetische energie*reibungsenergie habe und auch dann wenn der gegenstand auf der geraden strecke dann noch auf die feder zu rutscht auch noch kinetische energie habe ? oder nicht ? :smile:

#6

das sollte ebene bei meiner 2 frage kinetische energi+ reibungsenergie heißen nicht *

#7

hallo, hier interessiert uns ja nur der Anfangs- und Endzustand: Am Anfang hat man Epot die von s1 (der Anlaufstrecke) abhängt und am ende wurde die ganze Potentielle energie in Espan + E reib umgewandelt. Dazwischen hat man schon Ekin. für die Rechnung braucht man keine Zwischenzustände. die Energie ist erhalten, d.h. am ende genauso groß wie am anfang. => Epot = Ereib + Espan

viele Grüße

das sollte ebene bei meiner 2 frage kinetische energi+
reibungsenergie heißen nicht *

#8

ok danke dir jetzt habe ich es verstanden :smiley: LG

#9

Hey noch ne krze frage ich hab das jetz ausgerechnet und komme auf ungefähr 3,13 meter bin aber nicht sicher ob es richtig ist unser lehrer hat da kein ergebnis angegeben weißt du wie ich das überprüfen kann ? oder hast du vllt ein anderes ergebnis ? :smile: LG und vielen lieben dank noch mal das du mir hilfst :smile:)

#10

Hallo,
soweit ich die Aufgabe verstanden habe, steht auf der einen Seite die potentielle Energie und diese wird Stück für Stück von der Reibung und der Federspannung „aufgefressen“. Also muß die potentielle Energie gleichgesetzt werden mit der Reibungsarbeit plus der Arbeit für die Federspannung.

Dabei wird die potentielle Energie zuerst zum Teil in kinetische Energie überführt, bevor diese die Federspannung erzeugt. Dies vereinfacht das Verhältnis zwischen Reibung und Federspannung zu bestimmen.

MfG
Frank

#11

Ok, ich rechne auch mal mit. nur noch eine Frage: rutscht der Körper reibungsfrei die schiefe Ebene hinab? sonst wirds kompliziert denn dann müsste man für die Reibungsarbeit eine andere Kraft einsetzten…

#12

ok ich habs durch (bin von einer reibungsfreien schiefen Ebene ausgegangen und hab 5m raus (unter berücksichtigung der gültigen Ziffern…)

#13

Mit den von Dir genannten Energien und der Spannarbeit kannst Du die Aufgabe in der Tat lösen. Es ist aber zunächst nicht möglich, die anfangs vorhandene pot. Energie zu berechnen, denn dazu bräuchtest Du ja die Starthöhe bzw. s1. Deshalb beginnst Du die Berechnung am besten mit der Endenergie bzw. Spannarbeit. Diese und die Reibungsarbeit auf der 212,12 m langen Auslaufstrecke werden geliefert von der kin. Energie am Ende der schiefen Ebene. Es gilt also:
Ekin = Wreib2 + Wspann (kin. Energie = Reibarbeit auf der Auslaufstrecke + Spannarbeit)
Für die Bewegung auf der schiefen Ebene kannst Du wieder einen Energieerhaltungssatz aufstellen:
Epot = Wreib1 + Ekin
Dann kannst Du entweder den WERT von Ekin aus der ersten Gleichung in die 2. einsetzen oder mit den beiden Formeln allgemein weiter rechnen. Die erste Methode ist einfacher.
Ich hoffe Du kennst Dich mit Winkelfunktionen aus, denn diese brauchst Du für die Normalkraft und den Zusammenhang zwischen der Höhe h und s1 in der zweiten Gleichung.
Viel Erfolg!

#14

Also die aufgabe steht genau so wie ich sie gestellt habe steht so auch auf meinem zettel heisst das nicht das wenn ich ereib+espann habe dann beachte ich doch auch die reibund oder ?

ok ich habs durch (bin von einer reibungsfreien schiefen Ebene
ausgegangen und hab 5m raus (unter berücksichtigung der
gültigen Ziffern…)

#15

Hallo!

Also okay, du bist nicht wirklich gut in Physik sagst du und dann rechnest du was mit Reibung? Masochistisch veranlagt? *g*

Nee, nur Spaß. Also dein Ansatz ist schonmal nicht so falsch. Bei diesen Aufgaben muss man halt immer aufpassen, was man mit was gleichsetzt und was man wo rauskürzt. Im Grund ist dein Weg schon richtig. Das Ding gleitet ab (wobei da ja schon Energie an die Reibung „verloren“ geht). Dann hast du Ekin und Ereib auf der Ebene usw.
Gleichzusetzen wäre, meiner Meinung nach:

Epot = Ek1 + Er1
Ek1 = Ek2 + Er2
Ek2 = Espann + Er3

mit:
Epot ist klar.
Ek1 ist die Geschwindigkeit am Ende der schiefen Ebene.
Er1 ist die Reibungsenergie auf der schiefen Ebene.
Ek2 ist die Geschwindigkeit am Ende der horizontalen Strecke.
Er2 ist die Reibungsenergie auf der horizontalen Strecke.
Espann ist wieder klar.
Er3 ist die Reibungsenergie während des Bremsvorgangs an der Feder.

Wenn ich dich richtig verstanden habe, dann soll der Anlaufweg wohl die Strecke sein, um die die feder zusammengedrückt wird. Oder du hast irgendwas mit den Angaben versaut. Das, was du oben nämlich als „Espann der feder“ bezeichnest ist eigentlich die Federkonstante D der Feder. Im Grunde kannst du den ganzen Kram aber schon gleichsetzen. Mit meinen oben eingeführten Bezeichnungen wäre das dann:

Epot = Espann + Er1 + Er2 + Er3

Ob dir das aber was bringt… Gute Frage. Rechne vielleicht besser die energien einzeln aus, als da eine riesige Gleichung aufzustellen, in der der ganze Kram drinsteckt. Ist wohl auch erstmal für’s Verständnis besser. Kannst ja hinterher nochmal gucken, ob du da eine „Weltformel“ aufgestellt bekommst. Ist eine gute Denkübung und kann nebenbei auch noch dabei helfen, das mathematische System ein bisschen besser zu verstehen, auf dem die Physik aufgebaut ist, was manchmal sogar noch sinnvoller ist, als stur Aufgaben zu rechnen. Viel Spaß dabei. :smile:

MfG,
TheSedated

#16

also mal angenommen, die anlaufstrecke ist reibungsfrei, dann ist Ereib=m*g*µ*12m
falls der Anlauf nicht reibungsfrei, gilt Ereib=m*g*µ*12m + m*g*cos(alpha)*µ*Anlaufstrecke
also die Reibungsarbeit auf der Ebene + Reibungsarbeit auf der Anlaufstrecke (die ist kleiner da die Normalkraft=Gewichtskraft*cos(alpha))
ist aber schon komplizierter. ist das für die Schule oder fürs Studium?

#17

Die aufgabe ist fuer die schul. Also wenn dir anlaufstrecke nicht reibungsfrei waere wurede das dann nicht in der aufgabenstellung geschrieben sein ?

#18

joah alle 4: einmal Potential, 2 mal Reibung und einmal die Feder.
Positiv jedoch: nur eine Unbekannte.
und die ist nur in zwei der Gleichungen drin!

Sicher man kann es auch ohne Gleichsetzen probieren… ist so jedoch einfach oder?

aber welche nergien ich meine am anfang ist mir ja klar das
ich potentielle energie hbe und wenn das runterrutsch habe ich
doch kinetische energie minus die reibung oder ? und muss ich
da wirklich 4 gleichungen gleichsetzten ? :smile:

#19

Ok wenns nicht angegeben ist, würd ich alles mit Reibung rechnen. die Reibungs arbeit ist ja immer Fn*s*µ (Fn ist die Normalkraft die senkrecht auf der Strecke s steht), auf der Ebene ist Fn = Fg und auf der anlaufstrecke ist Fn = Fg*cos(alpha). Damit lautet die Gleichung:

m*g*s1*sin(alpha) = m*g*µ*s2 + m*g*cos(alpha)*µ*s1 * D/2 (s3)²
dann noch nach s1 auflösen. Ich hab hier als Ergebnis 31m.
Aber mir erscheint das ganze schon etwas schwierig für die Schule. normalerweise würde man mit reibungsfreien Anlauf rechnen. in welcher Klasse/Schulart bist du?

Die aufgabe ist fuer die schul. Also wenn dir anlaufstrecke
nicht reibungsfrei waere wurede das dann nicht in der
aufgabenstellung geschrieben sein ?

#20

Hey also ich habs jetzt eig schon ganz verstanden und bin auch auf das ergebnis gekommen hab aber noch eine kleine und hoffendlich letzte frage :smile: wir addieren hier die reibungskraft aber ist es nicht eigendlich so das die reibungskraft immer entgegen wirkt und man diese dann subtrahiert ? :smile: