Umwandlung E(pot) E(kin)

Übungsaufgaben . . .
zur Umwandlung von Lageenergie (Höhenenergie, potentielle Energie Epot) in
Bewegungsenergie (kinetische Energie Ekin) und umgekehrt.
1. Vorarbeiten:
Schreibe Dir die Formel heraus, die Du für die Berechnung von kinetischer und
potentieller Energie benötigst und beschreibe die Bedeutung der Variablen.
•
Potentielle Energie (Epot):
Formel: ______________________________
Bedeutung der Variablen:
___ = ________________________________
___ = ________________________________
___ = ________________________________
•
Kinetische Energie (Ekin)
Formel: _______________________________
Bedeutung der Variablen:
___ = ________________________________
___ = ________________________________
2. Löse auf den Folgeseiten die Rechenaufgaben (Teil1) zur kinetischen und potentiellen
Energie
3. Für die folgenden Problemstellungen (Teil 2) sind in jeder Zeichnung sind 5 Punkte
eingezeichnet. Jeder dieser Punkte soll hinsichtlich Ihrer Energien beschrieben und
berechnet werden (von Reibungseffekten soll abgesehen werden):
a. Benenne für jeden Punkt in Worten Welche mechanischen Energien (Ekin oder
Epot) hier auftreten und beteiligt sind.
b. Erstelle für jeden Punkt ein sauberes Energieflussdiagramm mit Energiewandler,
Inputenergie beim Start der Bewegung (Energie im Punkt 1) und der
Sekundärenergien (im Punkt X).
Ekin
Epot
c. Erstelle für jeden Punkt ein Balkendiagramm der beteiligten Energien.
Der Anteil einer jeden Energie soll maßstabsgerecht in die Balken
eingetragen werden.
d. Berechnung der Energien: Kennt man den Wert der einen Energie, kann man oft
aussagen / Vorhersagen für andere Werte (Geschwindigkeit, erreichbare Höhe)
machen. Bestimme in den Punkten P, P2 und P3 die Geschwindigkeit des
Körpers. In P4 und P5 bestimme bitte die Höhe des Körpers über dem
Nullniveau.
Teil 1:
1. Bearbeite nun folgende Aufgaben.
a.
Ein Kran hebt verschiedene Lasten jeweils vom Bodenaus in unterschiedliche
Höhen. Vergleiche die erzielte Lageenergie jeweils in den Fällen A und B
miteinander! Begründe!
b.
Vergleiche die mechanischen Lageenergien bei den dargestellten Vorgängen!
c.
Fülle die Lücken aus:
Ortsfaktor g in
J/(kg*m)
Masse m in kg
Höhe h in m
Lageenergie EL in J
Beispiel: 10
70
1
700
2
700
4
3200
5
80
7
10
20
10
1400
3
d.
Ein Wagen der Masse 800 kg fährt in 5s mit konstanter Geschwindigkeit 1000m.
Wie groß ist seine kinetische Energie?
e.
Derselbe Wagen aus Aufgabe d bschleunigt von 0m/s auf 100 m/s in 5s. Wie
groß ist seine kinetische Energie nach 2s und nach 5s?
Teil 2:
a. Schiefe Ebene / Rampe (m=1kg)
1
2
3
h
4
5
1: Start h= 5m, 2: h=4m, 3: h 2,5m, 4: v=√60/, 5: v=10m/s
b. Fadenpendel (m=0.3 kg):
5
1
2
4
h
3
1: Bewegungsstart (Körper in Ruge, Höhe h= 0,2m)
2: h = 0,1m, 3: h = 0m, 4: v=0,5 m/s, 5: v=0,25m/s)
c. Skater (m=70kg):
3
5
4
2
1
1: Bewegungsstart v= 20m/s (Nullniveau)
2: h= 1m, 3: h=10m, 4: v=12m/s, 5: 10 m/s