Reibungsverluste berechnen bei Federn (Aufgabe)

Bastian_234 · Anmeldungsdatum: 21.09.2019 Beiträge: 1

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 | unglücklich

g * h)
m = (1/2 * D * s^2) unglücklich

g * h)
m = (0,8 N/m * 0,2^2 s) unglücklich

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

franz · Anmeldungsdatum: 04.04.2009 Beiträge: 11583

Willkommen im Forum Bastian_234!

Nur zum Verständnis

Ist das die komplette Frage im Original? Gibt es noch eine Skizze o.ä.? Wie sieht der Pendelkörper aus, was bedeutet "Dicke" oder "Verdunklungszeit"?

Bastian234 · Gast

Es gibt ein Bild zu dieser Aufgabe. Das kann ich von unterwegs leider grad nicht hochladen.

Darauf ist eine Feder zu sehen, an der ein Gewicht (der pendelkörper) hängt. Neben dem pendel Körper steht ein Versuchsständer mit Linealmarkierungen, um die Ausdehnung der Feder messen zu können. Es befinden sich am Versuchsständer eine untere und eine obere Lichtschranke. Der pendelkörper selbst ist in Würfelform dargestellt und im Durchmesser 2cm dick. Er durchquert von unten nach oben die untere Lichtschranke und brauch dafür eine Zeit t, um diese mit seinem Durchmesser zu durchqueren. Diese Zeit ist die verdunklungszeit.

LG Bastian