5 Beispiele für Aufgaben zur potenziellen Energie
Gravitationspotenzielle Energie
1. Um einen 50 kg schweren Gegenstand senkrecht anzuheben, werden 4.900 Joule Energie benötigt. Der Gegenstand erreicht eine Höhe von … (g = 9,8 m/ s² ).
A. 0,1 m
B. 10 m
C. 98 m
D. 245 m
O. 960 m
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Änderung der potenziellen Energie (ΔEP) = 4900 Joule
Masse des Objekts (m) = 50 kg
Erdbeschleunigung (g) = 9,8 m/ s²
Gesucht: Das Objekt soll bis zu einer Höhe von (Δh) aufsteigen.
Antwort:
ΔEP = mg Δh
4900 = (50)(9,8) Δh
Δh = 10 Meter
Die richtige Antwort ist B.
Frühlingspotentialenergie
2. Das folgende Diagramm zeigt den Zusammenhang zwischen der Kraft F und der Längenzunahme x einer Feder. Wenn die Feder um 8 cm ausgelenkt wird, beträgt ihre potenzielle Energie...
A. 1,6 × 10-5 joule
B. 6,4 × 10 -4 Joule
C. 8 Joule
D. 16 Joule
E. 128 Joule
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Kraft (F) = 2 Newton
Längenzunahme (x) = 1 cm = 1/100 Meter = 0,01 Meter
Federdurchbiegung = 8 cm = 8/100 Meter = 0,08 Meter
Frage: Potentielle Energie der Feder
Antwort:
Berechnen Sie mithilfe der Daten im Diagramm die Federkonstante.
Potenzielle Energie der Feder:
∆ EP = 1/2 kx 2
∆EP = 1/2 (200 N/m)(0,08 m) 2
∆EP = (100 N/m)(0,0064 m 2 )
∆ EP = 0,64 Nm
3. Unter den folgenden Zuständen von Objekten:
(1) Gedehntes Schleudergummi
(2) Abgelenktes Pendel
(3) Erhitztes Eisen
Objekte mit potenzieller Energie werden nummeriert...
A. (1)
B. (1) und (2)
C. (2)
D. (2) und (3)
E. (3)
Diskussion
(1) Gedehntes Schleudergummi
Im gedehnten Zustand besitzt das Gummi einer Schleuder elastische potenzielle Energie.
(2) Abgelenktes Pendel
Wenn das Pendel ausgelenkt wird, besitzt es Gravitationspotentialenergie.
Die richtige Antwort ist B.
4. Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse eines Experiments mit einer Feder, die an einem Ende belastet ist. F steht für das Gewicht der Last und ∆L für die Längenzunahme. Berechnen Sie die Arbeit, die erforderlich ist, um die Feder um 10 cm zu dehnen.
A. 2,0 Joule
B. 2,5 Joule
C. 5,0 Joule
D. 7,6 Joule
E. 10 Joule
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Zunahme der Federlänge (∆L) = 10 cm = 0,1 Meter
Frage: Aufwand, um die Feder um 10 cm zu dehnen
Antwort:
Berechnen Sie mithilfe der Daten in der Tabelle die Federkonstante:
k = F / ∆x = 20 N / 0,04 m = 500 N/m
k = F / ∆x = 30 N / 0,06 m = 500 N/m
k = F / ∆x = 40 N / 0,08 m = 500 N/m
Die Federkonstante beträgt 500 N/m.
Der Aufwand, die Feder um 10 cm zu verlängern, beträgt:
W = 1/2 k ∆L 2 = 1/2 (500 N/m)(0,1 m) 2 = (250 N/m)(0,01 m 2 ) = 2,5 Newton Meter = 2,5 Joule.
Die richtige Antwort ist B.
5. Die Grafik (Fx) zeigt den Zusammenhang zwischen der Kraft und der Längenzunahme der Feder. Die Größe der potenziellen Energie der Feder beträgt laut obiger Grafik…
A. 20 Joule
B. 16 Joule
C. 3,2 Joule
D. 1,6 Joule
E. 1,2 Joule
Diskussion
Es ist bekannt, dass :
F = 40 Newton
Δ x = 0,08 Meter
Frage : Potentielle Energie der Feder?
Antwort :
Federkonstante:
k = F / Δ x
Potenzielle Energie der Feder:
EP = ½ k Δ x 2 = ½ (F/ Δ x) Δ x 2 = ½ F Δ x
EP = ½ (40)(0,08) = (20)(0,08) = 1,6 Joule
Die richtige Antwort ist D.
Fragequelle:
Physikfragen für die nationale Prüfung an weiterführenden Schulen/Berufsschulen
