Reibungsarbeit - User web pages on web

Spannkraft und Spannenergie
Bungee-Springen:
Potenzielle und kinetische
Energie wandeln sich in
Spannenergie um.
Beachte:
Die Kraft wird mit
zunehmender Dehnung
bzw. Stauchung immer
größer.
Spannkraft und Spannenergie
Hookesches Gesetz:


F  Ds
mit D=Federkonstante
s=s2-s0 oder s=s1 -s0
Spannenergie:
s
s
0
0
W   F  dx   D  x  dx 
1
D  s2
2
Arbeit und Energie
Die Definition der Arbeit ist “Kraft mal Weg”, wobei nur die Kraftkomponente in
Wegrichtung zur Arbeit beiträgt. Im Falle konstanter Kraft bzw. mit dem Ort
veränderlicher Kraft erhält man so für die Arbeit W die Definitionsgleichungen:
 
   
 
W  F  s  F  s  cos  F , s
bzw
  
W   F s ds
B
A
Zu jeder Art von Kraft gibt es eine Arbeitsform:
Gewichtskraft
F  m g
Federkraft
F  D s
Reibungskraft
F    FN
WH  m  g  h
1
WS  D  s 2
Spannarbeit
2
Reibungsarbeit WR    FN  s
Hubarbeit
Energieerhaltung mit Spannenergie
2m g h
s
D
s
m
 40m
2
s
N
500
m
2  70kg 10
s  10,6m
Spannenergie
Potenzielle
Energie
wird in
wird in
  40mEnergie
 10umgewandelt
,6m
Spannenergie
kinetische
und umgekehrt
umgewandelt.
 29,4m
Reibungsarbeit
Perfekte Energieerhaltung
wird nie beobachtet.
Reibungsarbeit
Motorkraft muß Luft- und
Rollreibung ausgleichen
Reibungsarbeit ist
gleich Bremskraft mal
dem Reibungsweg
Leistung
Eine Leistung ist um so
größer, je mehr Arbeit
in um so kürzerer Zeit
verrichtet wird.
Hub-Leistung ist das
Produkt aus Kraft mal
Geschwindigkeit
Leistung
Um festzustellen, in welcher Zeit welche Arbeit
verrichtet wurde, wird der Begriff Leistung P
eingeführt.
W
P
t
Als Einheit der Leistung wurde das Watt [W]
festgelegt.
1 Watt ist danach gleich der Leistung in der
während der Zeit 1s die Arbeit 1J verrichtet
wird.
Nutzleistung
Wirkungsgrad  
Eingangsle istung
Bremsleistung
Schnelle PKW’s benötigen
leistungsfähigere
Bremsen, um die größere
Wärme abzuführen.
Leistungsmessung:
Ein Bremszaum bremst
einen laufenden Motor auf
eine konstante Drehzahl.
Fragen zur Spannenergie
1.
2.
3.
Welche Arbeit ist nötig, um eine Feder mit der Konstanten D=100N/m
von der Ruhelage auf 10cm auszudehnen und von diesen 10cm um
weitere 40cm zu dehnen?
Ein Wagen der Masse m=1000kg wurde auf eine Geschwindigkeit von
v=10m/s beschleunigt. Nach dem Auskuppeln rollt er eine Strecke von
s=100m. Anschließend prallt er auf eine Pufferfeder mit der
Federkonstanten D=500 000N/m. Wie weit wird die Feder
zusammengedrückt (g=10m/s2, der Reibungskoeffizient beträgt =0,01)?
Welche Leistung hat ein Flugzeugmotor mit einem Wirkungsgrad von
35%, wenn er ein Flugzeug der Masse m=2000kg in der Zeit t=5min auf
eine Höhe von h=6000m und eine Geschwindigkeit von v=450km/h
bringt?