Bastian_234 |
Verfasst am: 21. Sep 2019 20:38 Titel: Reibungsverluste berechnen bei Federn (Aufgabe) |
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Meine Frage: Hi,
Ich habe Probleme mit der folgenden Aufgabe:
"Der Pendelkörper (Dicke: d = 2 cm) wird um 20 cm nach unten gezogen und losgelassen. Die Federkonstante der Feder wurde zuvor in einem weiteren Experiment zu D = 1,6 N/m ermittelt. Beim ersten Durchgang durch die Ruhelage wird am Pendelkörper mittels einer Lichtschranke und elektronischen Zählers die Verdunklungszeit t = 1,85 * 10^-2 s gemessen. Bestimmen Sie den bei diesem Vorgang entstehenden Reibungsverlust."
Als Kontrollergebnis wird [delta E = 3 mJ] vorgegeben.
Wie sieht nun der richtige Lösungsweg aus?
Meine Ideen: Gesucht wird ja nach dem Reibungsverlust. Die allgemeine Formel dazu lautet ja:
E_r = F * s
Dazu weiß ich, dass E_s = 1/2 * D * s^2 ist.
Ich habe die Aufgabe nun so verstanden, dass mit der Ruhelage der Moment gemeint ist wenn ich die Feder 20 cm nach unten ziehe und noch nicht losgelassen habe. Dann lasse ich los, das obere Ende des Gewichts durchquert die Lichtschranke und die Verdunklungszeit t = 1,85 * 10^-2 s gilt für die Dauer bis die 2 cm Durchmesser des Gewichts die Schranke durchquert hat.
Daraus könnte ich mir jetzt z.B. die mittlere Geschwindigkeit auf den 2 cm Strecke ableiten V_I = delta s / delta t --> V_I = 0,02m / 1,85 * 10^-2 s --> V_I = 1,08 m/s (vllt brauch ich das ja später noch)
Ich ging jetzt davon aus ich müsste bloß die Kraft für das Intervall I ausrechnen: F = D * delta s --> 1,6 N/m * (0.2m - 0,18m) = 0,032 N
,da laut Hookesches Gesetz die F ~ s ist.
An der Stelle komme ich jetzt allerdings nicht weiter, da ich ja jetzt nicht die ganze Kraft dieses Intervalls als Reibungsverlust beschreiben kann. Tatsächlich findet ja neben dem Verlust auch eine Beschleunigung statt, die gegen den Ortsfaktor wirkt.
Demnach hätte ich eine Summenformel:
E ---> E_s = E_r + E_kin
Als Idee:
E ---> 1/2 * D * delta s = E_r + 1/2 * m * delta v^2 |-(1/2*m*delta v^2)
E_r = 1/2 * D * delta s - 1/2 * m * delta v^2
Da jetzt das "m" unbekannt ist würde ich versuchen es zu eliminieren.
E_s = E_pot
1/2 * D * s^2 = m * g * h |g * h) m = (1/2 * D * s^2)g * h) m = (0,8 N/m * 0,2^2 s)9,81 m/s^2 * 0,2 m) = 0,016kg
Zurück zur Reibung:
E_r = 0,8 N/m * (0,2m - 0,18m) - 0,008kg * (1,08 m/s)^2 E_r = 6,67 * 10^-3 J = 6,7 mJ
Letztendlich bin ich nicht bei den geforderten 3 mJ angelangt. wie hätte ich es rechnen müssen?
Lg Bastian |
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