Fragenbank: Arbeit: Elastische Potenzialenergie

Was passiert mit der elastischen potentiellen Energie, wenn eine Feder von ihrer natürlichen Länge auf eine größere Länge geht?

Eine Feder mit der elastischen Konstante k=100N/m wird um 0,2m zusammengedrückt. Wie viel elastische potenzielle Energie ist in der Feder gespeichert?

João ist ein neugieriger Schüler, der Experimente liebt und beschlossen hat, einen Katapult-Prototyp zu bauen, indem er eine Feder mit einer elastischen Konstante von k = 200 N/m verwendet. Er hat die Feder um 20 cm komprimiert und dadurch eine potenzielle elastische Energie im Gerät gespeichert. Kurz darauf ließ er die Feder los, was ein kleines Objekt antrieb, das mit ihr in Kontakt war. In Anbetracht dieses Experiments beantworte: a) Wie viel potenzielle elastische Energie war in der Feder gespeichert, als João sie um 20 cm komprimierte? b) Angenommen, die gesamte potenzielle elastische Energie wurde in kinetische Energie des Objekts umgewandelt, als die Feder losgelassen wurde, berechne die Geschwindigkeit des Objekts nach dem Start, wenn seine Masse 100 g beträgt. c) Reflektiere schließlich über die Bedeutung des Verständnisses von Energieumwandlungen und -erhaltungen für technische Innovationen und für den bewussten Umgang mit natürlichen Ressourcen.

In einem Projektile-Wettbewerb entwerfen die Schüler ihre Kreationen mit Hilfe von Schraubenfedern, um die Metallkugeln zu starten. Der Schüler João hat eine Feder mit einer Federkonstante k = 400 N/m und plant, sie um x = 1,2 cm zu komprimieren, um die Kugel zu starten. Unter der Annahme, dass das System aus der Kugel und der ursprünglich ruhenden Feder besteht und Verluste durch Reibung und Luftwiderstand vernachlässigt werden: a) Berechnen Sie die potenzielle elastische Energie, die nach der Kompression in der Feder gespeichert ist; b) Wissen Sie, dass sich die gesamte potenzielle elastische Energie in kinetische Energie während des Starts der Kugel verwandeln wird, bestimmen Sie die Geschwindigkeit der Kugel, in dem Moment, in dem sie die Feder verlässt; c) Wenn die Masse der Kugel 250 g beträgt, wie hoch wird die kinetische Energie der Kugel unmittelbar nach dem Start sein?

Eine Feder mit einer Federkonstanten k = 200 N/m ist zunächst um 0,1 m komprimiert. Ein Block mit einer Masse von 2,5 kg, der sich in Ruhe befindet, wird am komprimierten Ende der Feder platziert. Die Feder wird dann freigegeben und schiebt den Block über eine horizontale, reibungsfreie Oberfläche. Unter der Annahme, dass die Erdbeschleunigung 9,8 m/s² beträgt und die mechanische Energie des Systems erhalten bleibt, bestimme: a) Die elastische potenzielle Energie der Feder, wenn der Block freigegeben wird. b) Die Geschwindigkeit des Blocks unmittelbar nachdem er die Feder verlassen hat. Vernachlässige Änderungen der Schwerkraft und den Luftwiderstand.