Potentielle und kinetische Energie

Prinzip

Die Schüler haben bereits in dem Versuch "Potentielle Energie und Spannenergie" erfahren, dass sich verschiedene Energiearten ineinander umwandeln lassen. Hier sollen sie die Umwandlung potentieller Energie in kinetische Energie näher untersuchen am Besispiel eines Experimentierwagens, der durch eine Masse im Schwerefeld der Erde beschleunigt wird. Die beschleunigende Kraft schaltet sich nach einer vorgewählten Wegstrecke (bzw. Höhe) dadurch selbsttätig ab, dass die Masse den Boden berührt. Den Wagen läuft mit den zuletzt erreichten Geschwindigkeit weiter. Diese wird mit Zeitmarkengeber und Maßband ermittelt.

Aus den Messdaten sollen die Schüler die potentielle Energie berechnen und über v² auftragen. Die Steigung k (mit der Dimension einer Masse) soll mit der Gesamtmasse m_ges verglichen werden. Daraus ergibt sich m_ges=2·k. Schließlich sollen sie versuchen, diese Formel aus ihren Messungen und Überlegungen aufzustellen.

Aufgabe

Wie groß ist die kinetische Energie eines rollenden Wagens?

Ein Experimentierwagen wird unter dem Einfluss einer Masse im Schwerefeld der Erde auf einer Fahrbahn so lange beschleunigt, bis die beschleuningende Kraft abschaltet. Danach rollt er nahezu kräftefrei weiter.

Nimm mit Zeitmarkengeber und Schreibstreifen den Bewegungsablauf auf und werte den Messstreifen nach Strecke und Zeit in Abhängigkeit von der durchlaufenen Höhe der Masse aus. Berechne aus den gewonnenen Daten die Geschwindigkeit, die potentielle Energie der Masse und versuche, die kinetische Energie des rollenden Wagens zu bestimmen.

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