kinetische Energie

06.11.2021

es hilft uns zwar nicht so viel die kinetische Energie zu berechnen, ich möchte aber trotzdem mal zeigen, mit welch kleiner Energie  Mausefallenautos fahren. 

Ich bin darauf gekommen, weil ich ja mein Video zur Luftreibung hochgeladen habe, und mich gefragt habe, welche Energie der Brems-Schirm nun eigentlich weggenommen hat. Ich möchte deshalb auch etwas auf die Reibungsenergie eingehen.

 

 

 

Wenn die Mausefalle voll gespannt ist, hat sie ja eine bestimmte Spannenergie, die in andere Energieformen umgewandelt wird.

Wenn wir das Auto loslassen, entspannt sich die Feder und treibt mit ihrer Kraft das Auto an.

In dem Moment, in dem das Auto gleichmäßig dahinfährt, wurde ein Teil der Spannenergie in kinetische Energie umgewandelt.

Ein weiterer Teil ist aber bereits (durch Luft- und mechanische Reibungen) in Wärmeenergie umgewandelt.

 

In dem Moment, in dem der Mausefallenbügel wieder seine (entspannte) Ruhelage erreicht hat, ist alle Energie der Mausefalle umgewandelt. Sie kann keine mehr angeben.

 

Was haben wir jetzt noch für Energien im Auto?

Zuerst mal rollt das Auto ja noch. D.h. es hat kinetische oder Bewegungs-Energie.

Was wir nicht sehen ist, dass das Auto und die Umgebungsluft etwas wärmer geworden ist. Es ist Wärmeenergie entstanden.

 

Andere Energieformen hat das Auto nicht. Es ist nicht höher als vorher, hat also keine höhere Lageenergie.

Es hat auch nichts in irgendeinen Sprengstoff umgewandelt, hat also keine chemische Energie.

 

Es ist nur etwas heller geworden. Leider im infraroten Bereich, den wir nicht sehen können.

Es hat also nur Wärme- und Bewegungsenergie.

 

Wie teilt sich das nun auf? 

Berechnen wir dazu die kinetische Energie, die das Auto in dem Moment hat:

 

Kinetische Energie...

... wird mit der Formel Ekin = 1/2 * m*v² berechnet.

m ist die Masse unseres Autos in kg, v die Geschwindigkeit in m/s.

 

Nehmen wir mal mein Anleitungsauto zur Berechnung her:

Masse m=100g

Geschwindigkeit aus den Videos herausgemessen v = 25m/36s = 0,69m/s

(der Einfachheit halber, habe ich die Beschleunigung beim Start einfach mal mitgezählt)

 

Mit diesen Werten berechnen wir nun die kinetische Energie:

Ekin = 1/2 * m*v²

         = 1/2 * 0,1kg * (0,69m/s)²  

         = 0,0241J

 

Wir sehen, dass das ein sehr kleiner Wert ist, im Vergleich dazu, was eine Mausefalle für eine Spannenergie hat.

Sie ist bei diesem Auto knapp 3,5% der Luna-Falle, mit der es gefahren ist.

Der Rest der Spannenergie wurde bereits in Wärme umgewandelt.

 

Hier mal die kinetischen Energien von zweien meiner anderen Autos:

 

Auto       Energie     Anteil von einer Viktor-Falle

 #3             0,008J                       0,86%

 #6             0,005J                       0,6%

 

Nachdem die Feder ihre entspannte Lage wieder eingenommen hat, wird auch der Rest der Energie, die im Auto noch enthalten ist, in Wärme umgewandelt. Da dies nur noch ein sehr kleiner Teil ist, kann das Auto auch nicht mehr sehr weit rollen.

Wenn das Auto dann irgendwann ganz stehen geblieben ist, ist die komplette Spannenergie der Mausefalle in Wärmeenergie umgewandelt. 

 

 

 

 

Um nochmal zu meiner Frage am Anfang zurückzukommen:

Wieviel Energie hat denn nun eigentlich der Bremsschirm aus dem Luftwiderstandsversuch mehr entnommen?

 

Dazu müssen wir die beiden Fahrversuche vergleichen.

Wieviel kinetische Energie hat das Auto mit bzw. ohne Schirm, wenn die Mausefalle alle ihre Energie abgegeben hat?

Aus dem Video kann man die Fahrzeiten für die 10m gut ablesen.

 

Damit berechnen wir die Bewegungsenergien:

 

ohne Schirm:

Ekin = 1/2 * 0,14kg * (0,45m/s)²  = 0,015J

 

mit Schirm:

Ekin = 1/2 * 0,14kg * (0,2m/s)²  = 0,003J

 

Der Unterschied von 0,012J ist die Energie, die der Schirm zusätzlich in Reibungswärme umgewandelt hat. Es bleibt also zum Ausrollen wirklich nur noch sehr wenig Energie übrig.

 

 

Übrigens:

Die Info, mit welcher kinetischen Energie das Auto am Ende der Antriebsphase angekommen ist, sagt für die Reichweite, die das Auto vorher geschafft hat, nichts aus. Es kann vorher 300m gefahren sein und mit derselben Bewegungsenergie weiterrollen, wie wenn es vorher nur 10m gefahren wäre.

Deshalb mein erster Satz auf dieser Seite, dass es nicht so viel bringt die kinetische Energie zu berechnen.