Fragensammlung: Arbeit: Elastische Potenzialenergie

Im Physikunterricht dehnt Maria eine Feder, indem sie verschiedene Kräfte anwendet und die resultierenden Auslenkungen misst. Die Messwerte zeigen, dass die aufgebrachte Kraft proportional zur Auslenkung ansteigt. Wie könnte Maria diese Beziehung im kartesischen Koordinatensystem grafisch darstellen, indem sie die Schnittpunkte mit den X- und Y-Achsen bestimmt?

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 einem Schulversuch nutzt Johann eine Feder, um kleine Projektile abzuschießen. Dabei stellt er fest, dass beim Zusammendrücken der Feder über eine bestimmte Strecke elastische potenzielle Energie gespeichert wird, die dann in Arbeit umgewandelt wird, um das Projektil in Bewegung zu setzen. Man geht davon aus, dass die gespeicherte elastische potenzielle Energie direkt proportional zum Quadrat der Kompressionsstrecke ist. Welche der folgenden Aussagen beschreibt also korrekt den Zusammenhang zwischen der elastischen potenziellen Energie und der Kompressionsstrecke der Feder?

Im Rahmen eines Laborversuchs bestimmten die Studierenden die Kraft, die verschiedene Federn ausüben, sowie die dabei auftretenden Verschiebungen von der Ruhelage. Die Messergebnisse wurden tabellarisch festgehalten und ergeben eine lineare Funktion ersten Grades. Wird diese Funktion in ein kartesisches Koordinatensystem übertragen, wie lässt sich dann die Steigung der resultierenden Geraden in Bezug auf die Federkonstante der eingesetzten Federn korrekt interpretieren?