Physik 10 · Energie und Impuls

Energie auf der Rampe

Ein Wagen rollt eine Bahn hinab. Oben steckt seine Energie in der Lage, unten in der Bewegung. Ohne Reibung bleibt die Summe gleich, und der Wagen erreicht auf der anderen Seite wieder seine Starthöhe. Mit Reibung wird ein Teil zu Wärme, die nicht mehr zurückkommt. Forme die Bahn selbst und prüfe das mit Messwerten.

So gehst du vor

1Wähle eine Bahn oder ziehe die orangen Stützpunkte. Ziehe den Wagen an die Startstelle.
2Tippe „Losfahren“ und beobachte die Balken. Die gestrichelte Linie zeigt die Starthöhe.
3Ziehe die Lichtschranke unter der Bahn an eine andere Stelle. Bei jeder Fahrt misst sie das Tempo beim ersten Durchfahren.
4Übernimm Höhenunterschied und Tempo in die Tabelle. Miss an mindestens fünf Stellen, dann die Auswertung zeigen.

Lichtschranke

–,–– ms

Höhenunterschied

0,78 m

Bahn

Masse des Wagens m

0,50 kg

Reibungszahl μ

0,000

Der Wagen läuft auf Schienen und kann nicht abheben. An den Enden steht ein Puffer, der die Hälfte des Tempos schluckt; die Energie zählt zur Wärme.

Tempo und Höhenunterschied

Im Diagramm: v² über Δh. Der Energiesatz sagt voraus, dass hier eine Gerade entsteht.

Nr.	Höhenunterschied Δh in m	Tempo v in ms

Aufträge

Stelle μ = 0 ein und starte in der Mulde. Wie hoch kommt der Wagen auf der anderen Seite? Forme die Bahn asymmetrisch und wiederhole. Kommt es auf die Form an?
Leite aus dem Energiesatz eine Formel für das Tempo nach dem Höhenunterschied Δh ab. Prüfe sie an einem Messwert.
Verdopple die Masse. Was ändert sich an den Balken, was an der Bewegung? Begründe.
Miss bei μ = 0 an fünf Stellen der Bahn „Zwei Hügel“. Liegen auch Stellen hinter dem ersten Hügel auf der Geraden? Erkläre.
Wiederhole die Messung mit μ = 0,05. Warum liegen Punkte hinter einem langen Weg weiter unter der Geraden von vorhin als Punkte kurz nach dem Start?
Achterbahn: Wo muss der Wagen starten, damit er ohne Reibung den zweiten Hügel gerade überwindet? Was ändert sich mit Reibung?
Bestimme die Reibungszahl von Wagen X auf der Bahn „Gerade“: Lies an der Lichtschranke das Tempo ab, berechne die Wärme W_R aus der Energiebilanz und daraus μ mit W_R = μ · F_N · (zurückgelegter Weg). Löse danach auf.