Erhaltung der mechanischen Energie – Körper auf gekrümmter Bahn

Was sie zeigt

Die mechanische Energie ist die Summe aus kinetischer Energie Ek = ½mv² und potenzieller Energie Ep = mgh. Auf einer reibungsfreien Bahn verrichtet nur die Gewichtskraft Arbeit, daher bleibt Ek + Ep konstant: Der Körper wird beim Hinabgleiten schneller, ist am tiefsten Punkt am schnellsten, mit v = √(2gh), und steigt wieder bis zur Anfangshöhe. Mit Reibung wird durch die Reibungsarbeit Energie in Wärme Q umgewandelt; Ek + Ep + Q bleibt erhalten, während die mechanische Energie abnimmt und jeder Durchgang eine geringere Höhe erreicht.

So funktioniert es

Beginnen Sie mit Reibungszahl μ = 0, drücken Sie Starten und beobachten Sie, wie die Balken Ep und Ek Energie austauschen, während ihre Summe gleich bleibt. Ändern Sie Masse des Körpers und Anfangshöhe und vergleichen Sie erreichte Höhe und Geschwindigkeit am tiefsten Punkt. Erhöhen Sie dann μ, lassen Sie Energie-Zeit-Diagramm anzeigen eingeschaltet und verfolgen Sie den wachsenden Balken Q Reibung, bis der Körper stehen bleibt. Ziehen Sie den Körper entlang der Bahn, um ihn an einer anderen Stelle loszulassen.

Einstellbare Parameter

• Masse des Körpers 0,5–5 kg
• Anfangshöhe 1–10 m
• Reibungszahl μ 0–0,5
• Energie-Zeit-Diagramm anzeigen

Fragen zum Erkunden

1. Warum hängt bei μ = 0 die auf der anderen Seite erreichte Höhe nicht von der Masse ab?
2. Ändert sich Ek + Ep + Q mit Reibung im Lauf der Zeit? Was geschieht mit Ek + Ep?
3. An welcher Stelle der Bahn ist der Körper am schnellsten, und wie erklärt die Energie das?