Phsyik: (Bewegungs-)energie

[YoshiGreen]

Unser lieber netter Physiklehrer (achtung Ironie!) hat unserem Kurs noch nen netten Aufgabenzettel für die Ferien reingedrückt. In meinem jugendlichen Leichtsinn habe ich mich heute mal daran gesetzt und dachte "Mensch Yoshi, du bist ja eigentlich ganz gut in Physik - da machste das doch mit links - bzw. rechts"
Tjoa, so kann man sich irren........ -_-

Das Thema ist Energie und Energieübertragung.

Auf dem Zettel befinden sich folgende Formeln:
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Hubarbeit -> Lageenergie (potentielle Energie) = m*g*h
Beschleunigungsarbeit -> Bewegungsernergie (kinetische Energie) = 1/2*m*v²
Spannarbeit -> Spannernergie = 1/2*Dx² (<- oder so)
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Die Aufgabe lautet:
Wie viel Energie wird umgewandelt, wenn ein Bus (m=16t) aus einer Geschwindigkeit von 50km/h bis zum Stillstand abbremst?

Ich finde diese Frage wunderschön, formvollendet und einfach kagge, weil ich nicht verstehe wie ich das lösen soll.... :(
Mein verdrehtes Gehirn kam schon mal soweit, dass ich wohl die Formel für Bewegungsenergie verwenden muss, aber wie dann weiter? Oder ist das die Lösung? Welche Maßeinheit ist das überhaupt. Also mit Bewegung (s(t), v(t), a(t)) bin ich jetzt so halbwegs im Reinen (das hatten wir davor gemacht) aber das jetzt ist mir irgendwie zu hoch....

[Dhan]

Erstmal suchst du raus, welche Energie du brauchst. Der Bus stürtzt nicht ab und hat auch keine Feder, also fällt E(span) und E(pot) schoma wech, ergo isses E(kin)

E(kin) = 0,5 m v²

m= 16 t = 16000 kg
v = 50 km/h = 50 m/min 1000/60 = 50 m/s 1000/3600 = ca. 13,9 m/s

E(kin) = 0,5 * 16000 kg * 13,9² m²/s²
E(kin) = 1.545.680 kg m²/s²
E(kin) = 1,55 * 10^6 J

[YoshiGreen]

öhm.. warum muss ich die Werte in kg bzw. m/s umrechnen?

Und wie kommst du auf einmal auf J? Kann ich jede Maßeinheit einfach in Joule umwandeln wenn die Formel = E besagt?!

[Dhan]

Joule ist eine Energiemaßeinheit und 1 J = 1 kg m²/s²
und genau deshalb musst du die Werte umrechnen, damit du eben auf das für Joule passende kommst

außerdem sind kg, m und s die Standardeinheiten, gewöhn dir an, stets in die umzurechnen

btw, welche Formelsammlung verwendet ihr?

[zinsl]

Die Einheit der Energie ist ja Joule (J), besser bekannt als Newton*Meter (Nm) (das kommt von der Arbeit, Kraft mal Weg).
Die Einheit Newton kann man sich aus dem Kraftgesetz F=m*a herleiten, also Kilogramm (von der Masse) * m/s² --> kg*m/s².
Also ist 1J=1Nm=1kg*m/s²*m=1kg*m²/s² .
Die Einheiten musst du im Prinzip immer in Kilogramm bzw. m/s umwandeln, damit es von der Definition her stimmt.
Ich hoffe, damit ist dir geholfen.
Gruß zinsl

[YoshiGreen]

Jup danka schön, hab das aber auch gerade hinten in meinem Physikbuch gefunden =)
Das imt Newton ist mir wie gesagt schon klar geworden - ebenfalls das Umrechnen km/h in m/s nur das mit den Joule ist mir noch nicht ganz geheuer.

Aber ich habe eine neue Frage, leider hab ich grad dsa Buch nicht vor der Nase.
Es ging wieder um diesen Bus.
Davon ausgehend, dass ein Buss auf 1km ca. 3 mal von 50km/h auf 0 abbremst ist die Frage: Wie viel Bewegugnsenergie in thermische Energie auf 100km umgewandelt werden kann.

Tjoa, ich bin erstmal soweit, dass ich die Energie aus der ersten Aufgabe (1,55*10^6J) ver dreihundertfachen muss (3* Bremsen pro Kilometer auf insgesamt 100km)
Aber diese Umwandlung in themrische Energie ist mir recht unklar. Energie ist doch Energie und wird immer in J gemessen oder nicht?

[Dhan]

Hmmm... die Frage hört sich seltsam an... irgendwie so:

auf 1 km macht er 3mal Bremsen
Wieviel macht er auf 100

im Prinzip wäre das 300 * 1,55 * 10^6 J
aber das kommt mir zu einfach vor, das is keine Physik sondern Unterstufenmathe

die Energie, die er während der Fahrt verbraucht, kanns jedenfalls net sein, dazu fehlen Winkel, F(g) (für die man vielleicht sogar 9,81 m/s² benutzen könnte, jedenfalls bei manchen Lehrern) und Reibungszahl

[YoshiGreen]

So hier nochmal die Frage:

Im Stadtverkehr ist damit zu rechnen, dass die Busse durchschnittlich pro Kilometer dreimal vpm 50 km/h bis zum Stillsttand abbremsen müssen. Wie viel Bewegungsernergie wird auf eienr Strecke von 100km in thermische Energie umgewandelt (m=16t) ? Wie viel Benzin kann mit einem Bus mti Energierückgewinnung gespart werden? (Aus einem Liter Treibstoff gewinnt man etwas 9*10^6 J Bewegungsernergie)


Das mit dem Benzin ist mir vollkommen einleuchtund und brauch mir nicht erklärt zu werden, aber was soll der Kram mit der Umwandung in thermische Energie?! ôO°

BTW: Hab hier noch eine zweite Frage, die für mich absolut keinen Sinn ergibt weil ich keine Ahnung habe, wie ich das rechnen soll >:|
Sie erreichen mit dem Fahrrad den Beginn einer Steigungsstrecke von 5%. Ihre Geschwindigkeit beträgt 35 km/h.
Wie hoch rolllen SIe, ohne zu treten, wenn die Reibungsverluste 10 % betragen?

Ihr braucht mir das übrigens nicht immer alles vor zu rechnen. Das ist nicht mein Problem ;) Nur den Weg sehe ich halt nicht ;_;

[Dhan]

Also das mit der thermischen Energie, ich nehme mal an, der Lehrer meint damit überhaupt die Energie, die beim Bremsen umgewandelt wird, also müssts 300mal die Bremsung sein
Weiterhin:
Die Energierückgewinnung, ist die 100%? Weil das wäre ein bisserl viel Energie zurückgewonnen...
Wen doch, die 300mal Bremsung in Joule ausrechnen und schauen wieviel Liter des sin

Zur Steigungsdingens, ich würde das so rechnen:

0,9 * E(kin) am Anfang entspricht E(pot) am Ende
(0,9 wegen 90%, 10% gehn ja verloren)

Wozu die 5%-Angabe is, kapier ich aber net, für die Strecke wärs interresant aber der Höhe isses egal

[FabiF]

@Dahn
das stimmt nicht ganz.
Reibungsenergie->Wärmeenergie
daher entsteht auf der ganzen strecke Rollreibung, beim bremsen gleitreibung und beim Anfahren wieder Rollreibung (oder?)

zu dem Fahrad
Energien übertragen sich ohne Verlust.
daher wäre es logisch dass man den Berg gleich wiedr hochfährt. (mit 35km/h)
doch die 5% steigung sagen da glaube ich garnichts, da das alles in der reibungsverlust von 10% beträgt.
also muss man jetz noch den Ortsfaktor der erde (1kg=10N).
Das wären dann 35m/s 1000/3600 mit einem verlust von ca. 9.72m/sek
ichm merke gerade die Frage ist irgendwie komiscgh, denn das gewicht spielt noch ne rolle.... und dass ist nicht angegeben.

MFG FabiF.de

[Dhan]

Humm also wie gesagt, ich würde die Energien gleichsetzen, denn nach der Energieerhaltung müssen alle Energien zusammen konstant sein:
E(ges)=E(kin) + E(pot) (andere Energien hat das System nicht)

Da E(pot) am Anfang (Punkt 0) Null beträgt (weil ja keine Höhe erreicht wurde), muss also E(kin0) gleich E(ges) sein
Am Zielpunkt (Punkt A), ist E(kinA) null, da es ja die höchste erreichbare Stelle ist und man mit einer kinetischen Energie noch höher käme, also muss E(potA) E(ges) entsprechen, somit:
E(kin0) = E(potA)

(jetzt mal ohne den Verlust)

[Squall83]

Genau, und dann kürzt sich nämlich die Masse raus. Also muss sie nicht angegeben werden. :)

Zum Bus:
Steht in der Aufgabe nichts zur Reibung? Wenn der Verlust jedes Mal 10% wäre, dann könnte man den Gesamtverlust ja ganz einfach berechnen, indem man den Wert für 10% verdreihundertfacht.
Und was das benötigte Benzin angeht, so müssen ganz am Schluss noch 90% dieser 1,55 * 10^6J drin sein, d.h. am Anfang waren 3090% drin.