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Versuche

Mechanische Analogieversuche zu diskreten Energieniveaus

Das Ziel der Versuche

  • Die Versuche sollen das Phänomen der diskreten Energieniveaus durch mechanische Analogien veranschaulichen.

Marmeladenglasdeckel

Abb. 1 Aufbau des Modellversuchs

Es gibt aber auch makroskopische Systeme mit diskreten Energiezuständen. So kannst du z.B. den Deckel eines Marmeladenglases als ein solches System ansehen. Der Deckel besitzt zwei Energiezustände: einen entspannten und einen gespannten (eingedellten) Zustand.

Hinweis: LEIFI musste nach längerer Suche feststellen, dass nur ein kleiner Teil der Deckel für den Versuch geeignet ist. Daher zeigt das Video in Abb. 3 den entsprechenden Modellversuch. Weiter kannst du dir mit der Animation in Abb. 4 gut vorstellen, wie der Versuch ablaufen sollte.

Abb. 2 Modellversuch zu diskreten Energieniveaus von Atomen
Abb. 3 Flaschendeckel mit zwei möglichen Zuständen (entspannt und gespannt) als mechanisches Modell für die Energiestufen in Atomen
  • Wenn die Kugel aus geringer Höhe auf den Deckel im entspannten Zustand trifft, prallt sie elastisch zurück und erreicht fast wieder die ursprüngliche Höhe.

  • Bei einer ganz bestimmten Ausgangshöhe gibt die Kugel beim Aufprall ihre gesamte kinetische Energie an den Deckel ab, der dabei verformt wird und in den gespannten Zustand "springt". In diesem Zustand speichert der Deckel Energie.

  • Wenn der Deckel von Hand dazu gebracht wird, wieder in den entspannten Zustand überzugehen, gibt er die gespeicherte Energie wieder an die Holzkugel ab.

Schiefe Ebene

Abb. 4 Schiefe Ebene mit drei Einbuchtungen als mechanisches Modell für die Energiestufen in Atomen

In der Animation in Abb. 4 ist ein weiteres mechanisches System vorgestellt, bei dem verschiedene diskrete Energiezustände denkbar sind (die Realisierung dürfte allerdings Probleme bereiten).

Je nach der anfänglichen Bewegungsenergie der Kugel sind in der Anordnung drei verschiedene stabile Energiezustände möglich.