Trägheit und Energieerhaltung < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 17:19 Di 15.05.2007 | | Autor: | pyro |
Hallo!
Heute ist mir eine Frage in den Kopf gekommen, über die ich schon die ganze Zeit nachdenke.
Angenommen ich habe einen Zug, oder sagen wir nur einen einzelnen Waggon. Die Radlager sind reibungslos, also der Zug kann beschleunigen, aber durch Rollen keine Energie verlieren. In diesem Zug ist hinten an der letzten Wand eine Feder angebracht, auf der anderen Seite der Feder ein Rollwagen, der auch reibungslos rollen kann, mit einem großen Gewicht darauf.
(Siehe Skizze).
Nun folgende Überlegung: Der Zug beschleunigt konstant. Aufgrund der Trägheit wird logischerweise die Feder zusammengedrückt, Energie ist darin gespeichert. Sobald der Zug nicht mehr beschleunigt, kann die Feder schwingen, also ihre gespeicherte Energie umwandeln in kinetische Energie und eben Reibungsverluste in der Feder.
Nun aber folgendes: Ich stehe auch in diesem Wagen. Der Zug beschleunigt konstant imemr weiter (natürlich kein Luftwiderstand oder ähnliches). Die Feder ist etwas zusammengedrückt (durch die konstante Beschleunigung). Während des Beschleunigens drücke ich die Feder in ihre Ausgangslage zurück, und benötige hierfür Energie. Nun folgendes: Der Zug hört auf zu beschleunigen, und ich lasse natürlich auch los. Was passiert nun? Das System ist doch nun kräftefrei, keine Brems oder Beschleunigungskraft wirkt. die Feder ist entspannt, das Gewicht an der Feder sowie der Zug bewegen sich mit derselben Geschwindigkeit.
Wo ist nun die Energie hin, die ich dafür verwendet habe, die Feder gegen ihre Trägheit in die Ausgangslage zu drücken? Wegen der Impulserhaltung kann ja der Zug letztendlich nicht langsamer oder schneller werden, solange alles im Zug bleibt? Was ist mit dieser Energie passiert? Und wo ist die Spannenergie, die davor in der zusammengedrückten Feder steckte? Ich kann doch nicht 2 Mal Energie verlieren?
Würde mich freuen wenn ihr das wisst!
Danke
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Anhang Nr. 1 (Typ: GIF) [nicht öffentlich]
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 18:03 Di 15.05.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
Deine Energieüberlegungen vergessen, dass du beim loslassen ja auch deine Muskeln entspannst, wären sie Federn, würden die jetzt schwingen! immer, wenn man menschliche, schwierig zu übersehende arbeit reinsteckt, wird alles sehr unübersichtlich! also musst du dein System objektivieren, eetwa indem du zischen dich und die eine Feder noch ne Feder, die an dir angebracht ist benutzt,oder ne andere Vorrichtung, ganz ohne Mensch, die aber sichtbar Energie aufnehmen und abgeben kann!
Wenn du auch völlig auf Rollen stehst, was passiert dir, während du an der Feder ziehst?
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 18:13 Di 15.05.2007 | | Autor: | pyro |
Wenn ich links stehe ziehe ich die Feder etwas in Richtung Ausgangslage, aber bewege mich natürlich gleichzeitig auf die Feder zu.
Aber wenn ich es objektiver mache, dann kann ich ja auch eine vorgespannte Feder einsetzen, die anstatt mir drücken kann, und rechts im Wagen angebracht ist.
Die vorgespannte Feder entspannt sich (sie ist davor arretiert), und bringt gleichzeitig die ursprüngliche Feder aus der Aufgabe in die Ausgangsposition. Aufgrund der Trägheit könnte das ewig so hin- und her gehen. Wenn nun aber in diesem Moment, in dem die ursprüngliche Feder entspannt ist (und die vorgespannte somit auch, hoff mal ich schreib jetzt nicht zu kompliziert?), und in just diesem Moment die Beschleunigung aufhört, dann bleiben beide Federn ja entspannt, oder? War dann der Verdienst die Masse auf dem Wagen gegen die Beschleunigung zu bewegen? Oder ist das einfach wie wenn ich aus dem fahrenden Zug entgegen die Fahrtrichtung etwas aus dem Fenster werfe, und es von außen nur langsamer als der Zug, aber in die gleiche Richtung fliegt? Mir will das noch nicht so ganz in den Kopf... Vor allem weil ich doch die Kraft gegen die Trägheit+Kraft für das Bewegen aufbringen muss?
Aber danke schon mal für die Tipps!
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(Antwort) fertig | | Datum: | 19:15 Di 15.05.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
in dem Moment, wo beide Federn entspannt sind und = [mm] m/2*v^2
[/mm]
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 21:00 Di 15.05.2007 | | Autor: | pyro |
Hallo!
Die Antwort versteheich jetzt nicht?
Ich habe nochmal überlegt und meine Frage auf den Kern zusammengefasst:
Ich fahre in einem Zug der konstant beschleunigt. Angenommen hinten liegt nun ein Klotz auf dem Boden. Die Reibung Boden/Klotz sei 0. Nun soll der Klotz während der Beschleunigung des Zuges in die Richtung der Beschleunigung bewegt werden. Nun muss ich doch die Trägheit überwinden (je nachdem wie schnell der Zug fährt), und dann noch zuätzlich die eigentliche Kraft zum Bewegen.
Angenommen Beispiel: Klotz wiegt 10kg. Zug beschlenigt mit [mm] 1m/s^2. [/mm] Angenommen ich wende 10 N auf. Der Klotz wird liegen bleiben, ich verrichte noch keine Arbeit. Nun wende ich ein wenig mehr Kraft auf, z.B. 2N, also insg. 12N, und der Klotz wird sich langsam bewegen. Wenn das nun über einen Meter geschieht, wieviel Arbeit habe ich nun verrichtet? 2Nm? Oder 12Nm? Falls 12Nm - wie ist das zu erklären? Was ist in dem Fall mit der Differenz passiert?
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(Antwort) fertig | | Datum: | 22:09 Di 15.05.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
ich stehe auf der Erde, [mm] g=10m/s^2. [/mm] ich halte einen Klotz von 1kg. ich wende eine Kraft von 10N auf. der Kltz bewegt sich nicht, ich leiste keine Arbeit. jetzt wende ich 12N auf, der Klotz wird mit [mm] 2m/s^2 [/mm] bescheunigt und bewgt sich nach oben, während ich ihn beschleunige leiste ich Arbeit=12N*Weg. wo ist die Differenz geblieben? Damit das besser geht nehm ich nur 10,01N dann wird er nicht sehr schnell, aber doch langsam gehoben.
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 22:24 Di 15.05.2007 | | Autor: | pyro |
Das ist klar, dann hat er ja eine potentielle Energie (Höhenenergie) und kann auch runterfallen.
Und da kommt der Punkt wo es bei mir noch nicht knack macht:
Im immer noch beschleunigenden Zug bewege ich also mit der Kraft von 10,01N diese Kiste. Das ist ja als ob ich eine künstliche Schwerkraft hätte. Die Kiste liegt nach einer Weile im Wagon ein Stück weiter vorne.
Nun hört aber der Zug auf zu beschleunigen, sondern rollt gleichförmig weiter. Die Kiste sollte doch nun an ihrem Platz liegen, und sich quasi so schnell wie der Zug bewegen, oder? Wo ist diese enorme Energie dann geblieben, die ich hineingesteckt habe? Die Kiste ist doch (mal von den 0.01N abgesehen) nicht wesentlicher schneller geworden als der Zug?
Ich meine ich kann doch nicht mit einem enormen Kraftaufwand die Kiste rüber bewegen, und dann die Beschleunigung und somit die ich nenn es mal künstliche Schwerkraft abschalten? Was passiert denn dann mit der potentiellen Energie, die ich in das Schieben der Kiste gesteckt habe?
Wäre noch für Hilfe dankbar :(
Danke
pyro
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(Antwort) fertig | | Datum: | 13:36 Mi 16.05.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
ich denk, du vergisst, wieviel oder wenig der Zug an Arbeit leistet. hält niemand die Kiste fest, muss der Zug sie nicht beschleinigen und sie fährt einfach hinten raus. Ist da ne Wand, gegen die sie stösst, muss der Zug kurze Zeit erheblich mehr Kraft aufbringen. Das 2. Problem ist, dass in der Physik alles stetig geht, der Zug also nicht in 0-Zeit von [mm] a=1m/s^2 [/mm] auf 0 springen kann.
Genau hab ich nicht alles durchdacht, aber es liegt meistens noch immer daran, dass das was der mensch bei der Sache gewinnt nicht klar ist, wenn du beim Schieben wieder ne Feder zwischenschaltest, wirds besser zu übersehen.
Gruss leduart
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 15:45 Mi 16.05.2007 | | Autor: | pyro |
Hm werde es versuchen nochmal durchzurechnen, danke auf jeden Fall schonmal für die Ansätze! Ist nur manchmal so schwer zu überschauen alles :(
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