Spannenergie: Energie in gespannten Federn

Die Spannenergie ist eine Form der potentiellen Energie, die in gespannten oder gestauchten elastischen Körpern, wie Federn, gespeichert ist.

Formel: Die Spannenergie wird durch die Formel Esp = 1/2 * D * s² berechnet.

Dabei steht: • D für die Federkonstante (Federhärte) • s für die Auslenkung (Stauchungslänge) der Feder

Die Federkonstante D kann durch die Formel D = F/s ermittelt werden, wobei F die Kraft ist, die auf die Feder wirkt.

Beispiel: Eine Feder mit einer Federkonstante von 100 N/m wird um 0,2 m gestaucht. Die gespeicherte Spannenergie beträgt: Esp = 1/2 * 100 N/m * (0,2 m)² = 2 J.

Vocabulary: Die Federkonstante ist ein Maß für die Steifigkeit einer Feder und wird in Newton pro Meter (N/m) angegeben.

Höhenenergie: Potentielle Energie durch Höhenunterschiede

Die Höhenenergie, auch als Lageenergie oder potentielle Energie bezeichnet, ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Position im Schwerefeld der Erde besitzt.

Formel: Die Höhenenergie wird durch die Formel Eh = m * g * h berechnet.

Dabei steht: • m für die Masse des Körpers • g für die Erdbeschleunigung (9,81 m/s²) • h für den Höhenunterschied

Beispiel: Ein Körper mit einer Masse von 250g wird auf eine Höhe von 1,0m gehoben. Seine Höhenenergie beträgt: Eh = 0,25 kg * 9,81 m/s² * 1,0 m = 2,45 J.

Highlight: Die Erdbeschleunigung g ist eine Konstante und beträgt auf der Erdoberfläche etwa 9,81 m/s².

Energieumwandlung beim Bogenschießen

Beim Bogenschießen wird die Spannenergie der Bogensehne in kinetische Energie des Pfeils umgewandelt.

Energieumwandlungskette: Spannenergie → Kinetische Energie

Wenn der Pfeil losgelassen wird, wird die gesamte Spannenergie der Sehne in kinetische Energie des Pfeils umgewandelt.

Formel: Die Geschwindigkeit des Pfeils kann mit der Formel v = √(D/m * s²) berechnet werden, wobei D die Federkonstante der Sehne, m die Masse des Pfeils und s die Auslenkung der Sehne ist.

Beispiel: Ein Pfeil mit einer Masse von 20g wird von einem Bogen mit einer Federkonstante von 100 N/m und einer Auslenkung von 0,5 m abgeschossen. Seine Geschwindigkeit beträgt: v = √(100 N/m / 0,02 kg * (0,5 m)²) ≈ 79 m/s.

Highlight: Die Energieumwandlung beim Bogenschießen ist ein perfektes Beispiel für die Umwandlung von Spannenergie in kinetische Energie.