Fragenbank: Arbeit: Elastische Potenzialenergie

Was sind die beiden grundlegenden Größen zur Berechnung der potentiellen elastischen Energie einer Feder?

João ist ein neugieriger Schüler, der Experimente liebt und beschlossen hat, einen Katapult-Prototyp zu bauen, indem er eine Feder mit einer elastischen Konstante von k = 200 N/m verwendet. Er hat die Feder um 20 cm komprimiert und dadurch eine potenzielle elastische Energie im Gerät gespeichert. Kurz darauf ließ er die Feder los, was ein kleines Objekt antrieb, das mit ihr in Kontakt war. In Anbetracht dieses Experiments beantworte: a) Wie viel potenzielle elastische Energie war in der Feder gespeichert, als João sie um 20 cm komprimierte? b) Angenommen, die gesamte potenzielle elastische Energie wurde in kinetische Energie des Objekts umgewandelt, als die Feder losgelassen wurde, berechne die Geschwindigkeit des Objekts nach dem Start, wenn seine Masse 100 g beträgt. c) Reflektiere schließlich über die Bedeutung des Verständnisses von Energieumwandlungen und -erhaltungen für technische Innovationen und für den bewussten Umgang mit natürlichen Ressourcen.

Ein Block mit einer Masse von m = 2,0 kg wird zunächst durch eine Kraft F = 180 N in einer Feder mit einer Federkonstante von k = 500 N/m komprimiert. Wenn die Feder freigegeben wird, dehnt sie sich aus und überträgt elastische potenzielle Energie auf den Block, der sich dann in kinetische Energie der Translation verwandelt. Angenommen, der Block startet aus dem Ruhezustand und die dissipativen Effekte werden vernachlässigt, berechnen Sie: a) Die maximale Entfernung, die die Feder bei der Freigabe dehnt. b) Die Geschwindigkeit des Blocks unmittelbar bevor er den Kontakt mit der Feder verliert. Vorschlag: Verwenden Sie die Gleichung der Erhaltung der mechanischen Energie und den Zusammenhang zwischen elastischer potenzieller Energie und der Federkonstanten einer Feder.

Ein Block mit einer Masse von 0,5 kg wird von einer Feder gezogen, die dem Hooke'schen Gesetz gehorcht, mit einer Federkonstanten k = 200 N/m. Zu Beginn ist die Feder entspannt und der Block befindet sich auf einer reibungsfreien Oberfläche. Der Block wird dann um 0,1 m aus seiner Gleichgewichtslage verschoben und losgelassen. Bestimmen Sie die potenzielle elastische Energie, die in der Feder gespeichert ist, wenn der Block verschoben wird, und die rücktreibende Kraft, die die Feder auf den Block ausübt, wenn die Feder um 0,1 m zusammengedrückt ist. Berücksichtigen Sie g = 10 m/s² für die Erdbeschleunigung und vernachlässigen Sie die Masse der Feder.

Eine Feder mit der elastischen Konstante k=100N/m wird um 0,2m zusammengedrückt. Wie viel elastische potenzielle Energie ist in der Feder gespeichert?