Fragensammlung: Arbeit: Elastische Potenzialenergie

Bei einem Experiment zur Bestimmung der Federkonstante wendet ein Schüler unterschiedliche Kräfte an und misst die daraus resultierenden Verformungen, die er in einer Tabelle festhält. Trägt er diese Messwerte in ein kartesisches Koordinatensystem ein, entsteht eine Gerade, deren Steigung den Zusammenhang zwischen Kraft und Dehnung verdeutlicht. Da die Gerade exakt durch den Ursprung verläuft, kann der Schüler Rückschlüsse auf das Verhalten der Feder ziehen. Was bedeutet dieses Ergebnis im physikalischen Kontext und wie wäre die Interpretation, wenn die Gerade nicht durch den Punkt (0, 0) ginge?

Beim Dehnen einer Feder mit der Federkonstanten k steigt die in ihr gespeicherte elastische Energie. Johann nutzt eine Feder, um ein Gewicht anzuheben, indem er eine konstante Kraft aufbringt, bis die Feder um einen Weg x verformt ist. Dabei gilt, dass die bei der Dehnung aufgewendete Arbeit proportional zum Quadrat der Verformung ist. Wie lautet daher der korrekte Ausdruck für die in der Feder gespeicherte elastische Energie?

In einer Untersuchung analysiert ein Physiker, welche Arbeit beim Zusammendrücken einer Feder verrichtet wird und wie sich die dabei gespeicherte elastische potenzielle Energie verhält. Dabei werden Messwerte erhoben, bei denen die verrichtete Arbeit (W) in linearer Abhängigkeit von der Verschiebung (x) der Feder variiert. Welche Rückschlüsse lassen sich aus den Schnittpunkten der Geraden mit der x- und y-Achse in Hinblick auf die Eigenschaften der Feder ziehen?

Ein Techniker stellt das Fahrwerkssystem eines Sportwagens ein, bei dem Federn zur Dämpfung eingesetzt werden. Er soll ermitteln, wie viel elastische Potenzialenergie in den Federn gespeichert ist, wenn diese während der Fahrt komprimiert werden. Die Energie (U) wird mit der Formel U = ½ · k · x² berechnet, wobei k die Federkonstante und x die Durchbiegung bedeutet. Bestimmen Sie daher die Energie in einer Feder mit einer Federkonstante von 200 N/m bei einer Kompression von 0,1 m.