Vom Flummi bis zum Fallturm: Versuche zum Energieerhaltungssatz planen, auswerten, Fehler aufspüren und Ergebnisse richtig beurteilen.
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Übungsaufgaben
Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt dir sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.
A1
Der springende Flummi
AFB I
Ein Flummi wird aus 1,00 m Höhe fallen gelassen, prallt auf den Boden und springt wieder hoch – nur bis 0,82 m. Stelle die Energieumwandlungen während eines Sprungs dar: Schalte jedes Feld mit „?“ auf die passende Energieform bzw. den passenden Vorgang.
Schalte jedes Feld mit „?“ per Klick weiter, bis der Kreislauf stimmt — die Pfeile laufen im Uhrzeigersinn. Mit der Tastatur: Tab zum Feld, Enter oder ↓ weiter, ↑ zurück.
LageenergieFlummi
Oben hat der Flummi nur Lageenergie. Beim Fallen wird sie zu Bewegungsenergie. Am Boden wird er gestaucht – kurz steckt alles als Spannenergie in der Verformung. Beim Entspannen stößt er sich ab (wieder Bewegungsenergie) und steigt, bis wieder nur Lageenergie übrig ist. Dass er nur 0,82 m erreicht, zeigt: 18 % der Energie sind bei Fall und Aufprall in thermische Energie übergegangen – verloren ist sie nicht.
Gehe den Sprung in Gedanken durch: oben – kurz vor dem Boden – am stärksten zusammengedrückt – kurz nach dem Abheben.
Erläutere, wie man den Energieerhaltungssatz im Versuch prüft und das Ergebnis deutet: Setze die passenden Begriffe ein.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken.
Zur Überprüfung nimmt man eine mit verschiedenen Fallhöhen auf. Trägt man Ekin über Epot auf, erwartet man eine mit der Steigung 1. Liegen alle Punkte darunter, liegt ein wirkender Fehler vor: Ein Teil der Energie wurde in Energie umgewandelt. Ein solcher Versuch den Energieerhaltungssatz, statt ihn zu widerlegen.
Achte auf das letzte Wort: Ein Versuch kann einen Satz stützen oder widerlegen — beweisen kann er ihn nie.
Der Text folgt der Auswertung: messen, auftragen, Abweichung einordnen, Ergebnis formulieren.
Erwartet wird eine Ursprungsgerade mit Steigung 1. Liegen alle Punkte darunter, wirkt der Fehler systematisch (thermische Energie), und das Ergebnis stützt den Satz.
A3
Das Pendel im Diagramm
AFB III
Bei der Videoanalyse eines Fadenpendels wird für jedes Videobild die Lageenergie (bezogen auf den tiefsten Punkt) und die Bewegungsenergie bestimmt. Losgelassen wird das Pendel mit 8 J Lageenergie. Lea behauptet: „Trägt man Ekin über Epot auf, liegen die Punkte aller Videobilder auf der Geraden mit der Steigung 1 – wie beim Fallversuch.“ Widerlege Leas Behauptung, indem du die verlangten Punkte setzt (nach rechts Epot in J, nach oben Ekin in J).
Klicke den gesuchten Gitterpunkt an. Mit der Tastatur: ins Feld tabben, Pfeiltasten bewegen das Fadenkreuz, Enter setzt den Punkt.
Innerhalb einer Schwingung gilt ohne Reibung Epot + Ekin = 8 J: Die Punkte A (8 | 0), C (3 | 5) und B (0 | 8) liegen auf der fallenden Geraden Ekin = 8 J − Epot mit der Steigung −1. Später sind nur noch 75 % von 8 J = 6 J mechanische Energie übrig: D (0 | 6) und E (4 | 2) liegen auf der parallelen Geraden Ekin = 6 J − Epot. Leas Gerade mit der Steigung 1 gehört zu einer ganz anderen Auftragung: Ekinam Ende über Epotam Anfang für viele Versuche mit verschiedenen Starthöhen – nicht zu Momentaufnahmen eines einzigen Versuchs.
Was bleibt beim Pendel ohne Reibung in jedem Videobild gleich? Rechne für jeden Punkt die fehlende Energieform aus der Summe aus.
Ohne Reibung: Epot + Ekin = 8 J → A (8 | 0), B (0 | 8), C (3 | 5). Mit 25 % Verlust bleiben 6 J → D (0 | 6), E (4 | 2). Die Punkte fallen nach rechts ab – Steigung −1, nicht +1.
