Wurfbewegung und kinetische Energie

1 · Vorhersagen

Wenn Sie den Ball schneller abfeuern, wie ändern sich dann seine kinetische Energie beim Abschuss und seine maximale Höhe?

2 · Aufbauen

  1. Öffnen Sie die Projektilsimulation und drücken Sie Zurücksetzen.
  2. Aktivieren Sie die Geschwindigkeitssonde und die Höhenanzeige — die Höhe wird vom BODEN gemessen, nicht vom Startpunkt, daher ist die feste Starthöhe des Balls von 1,2 m darin enthalten.
  3. Stellen Sie unten die Startgeschwindigkeit für jeden Versuch ein, drücken Sie „Play“ und zeichnen Sie die Spitzenwerte auf.

3 · Daten sammeln

Masse m (kg)Startgeschwindigkeit v (m/s)KE = ½mv² (J)Maximale Höhe h (m)
1.008.00
1.0010.00
1.0012.00

Tragen Sie die maximale Höhe h (y-Achse) gegen die kinetische Energie beim Start KE (x-Achse) auf.

4 · Auswerten

  1. Zeigen Sie Ihre Arbeit bei der Berechnung von KE = ½mv² für einen Versuch und vergleichen Sie sie mit der kinetischen Energieanzeige der Simulation.
  2. Beschreiben Sie die Beziehung zwischen der kinetischen Energie des Starts und der maximalen Höhe. Ist es linear? Nennen Sie Zahlen aus Ihrer Tabelle.

5 · Vertiefen

  1. Welcher Startwinkel ergibt bei einer festen Geschwindigkeit die größte maximale Höhe? Erklären Sie, warum.
  2. Echte Projektile erreichen nicht die Höhe, die Ihre Tabelle vorhersagt. Wohin geht die fehlende Energie?

Die Physik hinter diesem Experiment

Kinetische Energie

Die Bewegungsenergie beim Start, basierend auf der Masse und der Startgeschwindigkeit, die Sie für jeden Versuch festlegen.

Gravitative potenzielle Energie

Die am Scheitelpunkt des Balles gespeicherte Energie wird aus der Höhe des Balles über dem BODEN gemessen — nicht über dem Startpunkt. Da dieser Start unter einem Winkel erfolgt (nicht direkt nach oben), wird nur die vertikale Komponente der Startgeschwindigkeit in zusätzliche Höhe über dem Start umgewandelt: Sie trägt unter diesem Winkel 64 % der kinetischen Startenergie (der Rest bleibt horizontale Bewegung, noch am Scheitelpunkt vorhanden). Aber die abgelesene Höhe beinhaltet auch die feste Starthöhe des Balles von 1.2 m über dem Boden, daher ist die potenzielle Energie am Scheitelpunkt m·g·(1.2 m + rise) — nicht einfach 0.64× die kinetische Startenergie, und das Verhältnis zwischen ihnen ändert sich mit der Geschwindigkeit, anstatt konstant zu bleiben.

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