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Energieerhaltung - Beispiele
 
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Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 15. Nov 2015 09:09    Titel: Energieerhaltung - Beispiele Antworten mit Zitat

Hallo!

Ich habe hier im Anhang ein Beispiel zur Energieerhaltung!

Also der Satz lautet ja erstmal:



Ev. brauchbare Formel:
Da wir Reibung haben ist:


Ein einfaches Beispiel:
Wenn ich ein Objekt von der Höhe=0m hochwerfe, dann trägt das objekt kinetische Energie, wenn die Geschwindigkeit oben v=0 ist, dann ist die kinetische Energie gleich Null und das Objekt hat dann potentielle Energie, da es ja in einer gewissen Höhe ruht.

1. Und was ist, wenn ich das Objekt nun runterfallen lasse und es bleibt auf der Erde liegen. (h=0m) Hat es dann keine Energie mehr? Da ist ja h=0m und v=0m/s, also hat es keine Energie? Ich dachte aber, dass ein Objekt IMMER energie hat, denn diese kann ja nicht verloren gehen.

2. Da mein Objekt ja nie in Ruhelage ist, kann es sein, dass ich nie potentielle Energie habe? Das ist mir nicht ganz klar.

Gruß
Mr-Math



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TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17905

Beitrag TomS Verfasst am: 15. Nov 2015 11:39    Titel: Re: Energieerhaltung - Beispiele Antworten mit Zitat

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Also der Satz lautet ja erstmal:





Nein.

Der Satz lautet





d.h. die Gesamtenergie ist zeitlich konstant

("..." steht für weitere Energieformen wird z.B. innere / thermische Energie)

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 15. Nov 2015 12:43    Titel: Antworten mit Zitat

Ahh ok danke!

D.h., wenn ich ein Objekt 10m hochhebe, dann hat es ganz oben nur eine potentielle Energie, da v=0 ist.

Also . Und was passiert dann wirklich, wenn ich es loslasse? Angenommen es fliegt einen 1m runter und ich möchte zu dem Zeitpunkt die Energie ausrechnen, dann ist:
da ich ja eine Geschwindigkeit v habe mit der es runterfällt und eine Höhe h=9m.

Und da die zeitlich konstant ist, wie du sagtest, muss sozusagen diesen "1m" da ausgleichen, um wieder voll auf zu kommen, denn bei 10m hatten wir ja nur .

Ist das so richtig?
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17905

Beitrag TomS Verfasst am: 15. Nov 2015 12:51    Titel: Antworten mit Zitat

Ich denke schon, aber du formulierst das etwas unklar.

Zu Beginn gilt



Später gilt



wobei v zu- und h abnimmt, jedoch gerade so, dass die Gesamtenergie erhalten bleibt.

Jetzt kannst du die erste in die zweite Gleichung einsetzen:



Daraus folgt nun v(h), also die Geschwindigkeit v als Funktion der Höhe h (oder umgekehrt)

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 15. Nov 2015 14:10    Titel: Antworten mit Zitat

@Mr Maths
Wie TomS bereits gesagt hat, sind im Energieerhaltungssatz alle Energieformen zu berücksichtigen. Bezüglich Deiner ursprünglichen Aufgabe sind das nicht nur potentielle und kinetische Energie, sondern auch noch Reibenergie (Reibarbeit). Konzentriere Dich jetzt mal da drauf.
Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 15. Nov 2015 15:27    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, danke!

Also erstmal ist der Körper bei AB auf einer Höhe h.

Bei Punkt A gibt es folgende Energie:


Angenommen der Körper ist genau bei Punkt B angelangt, dann lautet die Gesamtenergie folgendermaßen:


Kann man im Prinzip sagen, dass bei einem System festlegen kann, wo Höhe 0m ist und höhe h meter? D.h. bei 0m habe ich immer keine potentielle Energie und das wäre bei mir nach der schiefen Ebene.

Stimmt das so?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 15. Nov 2015 16:20    Titel: Antworten mit Zitat

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
...
Bei Punkt A gibt es folgende Energie:


Abgesehen davon, dass der letzte Term keine Energie darstellt, hat der Körper keine Reibenergie, sondern nur potentielle und kinetische. Auf seinem Weg bis Punkt C wird ein Teil davon in Reibarbeit umgewandelt.

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Angenommen der Körper ist genau bei Punkt B angelangt, dann lautet die Gesamtenergie folgendermaßen:


Hier sind gleich 2 Fehler.

Erstens ist der letzte Term wieder keine Energie (sondern hat die Dimension einer Leistung), aber auch hier gilt, dass der Körper nur potentielle und kinetische Energie hat. Zwar wurde ein Teil der Anfangsenergie in Reibarbeit umgeandelt, aber der Zustand bzgl. potentieller und kinetischer Energie in Punkt B ist ja gegeben. Man könnte zwar die Reibarbeit auf dem Wege von A nach B berechnen, aber wozu? Danach ist nicht gefragt.

Zweitens hast Du die kinetische Energie in Punkt B falsch berechnet. Die kinetische Energie ist doch immer - sofern keine Rotation im Spiel ist -,



Wenn die Geschwindigkeit im Punkt B gerade v0/2 ist, dann muss auch diese Geschwindigkeit und keine andere in die Formel eingesetzt werden:



Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Kann man im Prinzip sagen, dass bei einem System festlegen kann, wo Höhe 0m ist und höhe h meter?


Prinzipiell ist man bei der Wahl des Nullpotentials frei. Sinnvoll ist es aber, dem tiefsten Punkt einer Bewegung das Potential Null zuzuordnen.
Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 15. Nov 2015 18:10    Titel: Antworten mit Zitat

1. d.h. ich muss die Reibarbeit dann abziehen von der Gesamtenergie?

2. Achso ja. Reibungsenergie ist ja gleich Reibungskraft multipliziert mit dem Weg, der zurück gelegt wurde.

3. Ahja, ich muss die Strecke s=BC berechnen, d.h. dann folgendes:
Gesamte Energie bei Punkt B:


Gesamte Energie bei Punkt C:


So müsste es stimmen, denn Energie = Kraft mal Weg.
Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 16. Nov 2015 00:59    Titel: Antworten mit Zitat

Was meint ihr dazu?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 16. Nov 2015 01:13    Titel: Antworten mit Zitat

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Was meint ihr dazu?


Dass das Quatsch ist.

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
...
Gesamte Energie bei Punkt B:


Im Punkt B hat der Körper eine Höhe h und eine Geschwindigkeit v0/2. Seine Gesamtenergie ist demnach



Mr Maths hat Folgendes geschrieben:

Gesamte Energie bei Punkt C:


Im Punkt C hat der Körper die Höhe Null, also keine potentielle Energie, und die Geschwindigkeit v_0. Seine Gesamtenergie ist deshalb

Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 16. Nov 2015 07:43    Titel: Antworten mit Zitat

Danke, aber ich dachte ich muss die Reibungsenergie auch mit einbeziehen?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 16. Nov 2015 11:54    Titel: Antworten mit Zitat

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Danke, aber ich dachte ich muss die Reibungsenergie auch mit einbeziehen?


Ja, bei der Anwendung des Energieerhaltungssatzes, wie Du ihn in Deinem Eröffnungspost angesprochen hast. Dagegen hast Du in Deinen letzten Beiträgen nur von Einzelzuständen gesprochen. Der Energieerhaltungssatz stellt aber einen Vergleich von Einzelzuständen am Anfang und am Ende eines Prozesses an. In der vorliegenden Aufgabe hat der massebehaftete Körper zu Begin im Punkt A einen bestimmten Energieinhalt und am Schluss im Punkt C einen anderen Energieinhalt. Der Vergleich dieser beiden Energiezustände zeigt, dass der Energieinhalt am Ende kleiner ist als zu Beginn. Der Energieerhaltungssatz sagt nun, dass die Differenz dieser beiden Energien irgendwo geblieben sein muss. In der vorliegenden Aufgabe ist sie im wahrsten Sinne des Wortes "auf der Strecke geblieben", nämlich als Reibungswärme auf der Strecke von A nach C.
Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 16. Nov 2015 18:13    Titel: Antworten mit Zitat

Ahh, OK.

D.h. für Punkt1:
Energie am Punkt B:
mgh+mv^2/2

Energie im Punkt C:
mv^2/2

Energiebilanz:
mv^2/2 + reibungsenergie =mgh+mv^2/2

Also im Punkt C muss ja dieselbe Energie sein wie im Punkt B, hier heim Energieerhaltungssatz. Darum also die verlorene Reibungsenergie addieren. Dann auf s umformen, dass in der Reibungsenergie vorkommt bzw. Diese hängt ja davon ab.

Zu Punkt 2:
Hier jetzt einfach Energie beim Punkt A und Punkt
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 16. Nov 2015 19:13    Titel: Antworten mit Zitat

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Energie am Punkt B:
mgh+mv^2/2


Nein. Wie bereits deutlich gesagt und begründet, ist die Energie des Körpers am Punkt B



Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Also im Punkt C muss ja dieselbe Energie sein wie im Punkt B


Nein. Die beiden Energien sind unterschiedlich. Die Energie im Punkt B habe ich gerade genannt. Die im Punkt C ist laut Aufgabenstellung



und ist geringer als die Energie im Punkt B. Die Differenz muss dann die auf der Strecke BC gebliebene Reibungswärme sein.

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Zu Punkt 2:
Hier jetzt einfach Energie beim Punkt A und Punkt ?


Welchen Punkt meinst Du? Und wenn das klar ist, was dann?
Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 16. Nov 2015 20:04    Titel: Antworten mit Zitat

Ahh, mist. Sorry war nur aufm Handy online und irgendwie hats meinen Edit nicht gespeichert, darum der unfertige Beitrag.

Ich habe nicht für v eingesetzt. Wolltes nur allgemein hinschreiben.

Also Punkt 1 der Aufgabe:


s ist die Strecke zwischen B und C. Auf s muss ich umformen und dann habe ich meine Strecke.

Punkt 2 der Aufgabe:


Stimmt das so? Das Energie A gleich der Energie B + Reibungsenergie A nach B und + Energie C + Reibungsenergie B nach C ist?

Bin mir nicht sicher, aber reicht es nicht einfach Energie A = Energie C + Reibungsenergie_AB + Reibungsenergie BC zu schreiben?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Nov 2015 02:19    Titel: Antworten mit Zitat

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Bin mir nicht sicher, aber reicht es nicht einfach Energie A = Energie C + Reibungsenergie_AB + Reibungsenergie BC zu schreiben?


Ja, natürlich. Aber warum nicht gleich einfach



Denn laut Aufgabenstellung ist ja nach der Reibarbeit auf der gesamten Strecke zwischen A und C gefragt.

Zur Erinnerung:


und
Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 17. Nov 2015 07:14    Titel: Antworten mit Zitat

Ah OK danke.

Zu Punkt3 der Aufgabenstellung: hier nehme ich die Energie her und die Energie mit der höhe h.

Also: E_h = E_c + Reibungsenergie von Punkt h auf der schrägen bis Punkt C.

D.h. ich habe dann 2 Unbekannte in meiner Gleichung. Die Strecke von h bis C und die Höhe h selbst.

Richtig so?

Andere Frage, die mich interessieren würde:
Die Reibungskraft auf einer geraden ebene ist einfach F_N*mu und F_N ist einfach gleich F_G?
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 981

Beitrag Frankx Verfasst am: 17. Nov 2015 11:05    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
1. Und was ist, wenn ich das Objekt nun runterfallen lasse und es bleibt auf der Erde liegen. (h=0m) Hat es dann keine Energie mehr? Da ist ja h=0m und v=0m/s, also hat es keine Energie? Ich dachte aber, dass ein Objekt IMMER energie hat, denn diese kann ja nicht verloren gehen.


Ich will keine Verwirrung stiften, aber bei dem vorliegendem Beispiel dürfte die "verlorene" Energie weniger in (Luft-)-Reibung beim Fallen, als in Verformung und /oder innere Reibung des Fallkörpers bzw. Aufschlagpunktes beim Aufschlagen gegangen sein.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Nov 2015 11:16    Titel: Antworten mit Zitat

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Also: E_h = E_c + Reibungsenergie von Punkt h auf der schrägen bis Punkt C.


Nee, umgekehrt. Der Beginn des Vorgangs ist im Punkt C. Dort hat der Körper die Energie EC. Die wird in potentielle Energie und Reibarbeit umgewandelt.





Der zusätzliche Index "1" dient der Unterscheidung von der Gesamthöhe h und Gesamtlänge s der schiefen Ebene.

EDIT: Korrektur der letzten Gleichung nach Hinweis von Mr Maths. Danke.


Zuletzt bearbeitet von GvC am 17. Nov 2015 14:13, insgesamt einmal bearbeitet
Frankx



Anmeldungsdatum: 04.03.2015
Beiträge: 981

Beitrag Frankx Verfasst am: 17. Nov 2015 11:21    Titel: Antworten mit Zitat

Hab gerade gesehen, dass es nicht um freien Fall geht, wie es mir aus dem ersten Beitrag den Anschein hatte. Also vergesst meinen obigen Beitrag.
Mr Maths



Anmeldungsdatum: 15.05.2011
Beiträge: 110

Beitrag Mr Maths Verfasst am: 17. Nov 2015 12:30    Titel: Antworten mit Zitat

Danke.

Da fehlt noch ein cos(alpha) für die Reibungsenergie boder?

Weil Fn*nu=Fr und in de4 Normalkraft FN steckt der cos.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 17. Nov 2015 14:10    Titel: Antworten mit Zitat

Mr Maths hat Folgendes geschrieben:
Danke.

Da fehlt noch ein cos(alpha) für die Reibungsenergie boder?

Weil Fn*nu=Fr und in de4 Normalkraft FN steckt der cos.


Ja, hab' ich korrigiert. Danke.
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