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Aufgabe

Energiebilanz beim Skifahren

Schwierigkeitsgrad: leichte Aufgabe

Abb. 1 Energiebilanz bei der Abfahrt eines Skifahrers

Ein Skifahrer steht oben am Hang und fährt diesen hinunter, dabei wandelt er die zuvor durch Lift oder Steigarbeit gewonnene potentielle Energie (violett) in kinetische Energie (rot) um. Ein Teil dieser kinetischen Energie wird durch Reibungsarbeit (orange) der gesamten mechanischen Energie (grün) entzogen. Ist der Skifahrer am Ende des Hangs, so hat er seine gesamte potentielle Energie verbraucht. Der Rest der mechanischen Energie ist reine kinetische Energie und wird durch Reibungsarbeit immer kleiner, bis der Skifahrer steht.

a)

Erläutere, warum die potentielle Energie mit der Zeit nicht gleichmäßig abnimmt.

b)

Nenne Gründe, warum die Reibungsarbeit bei größerer Geschwindigkeit größer wird.

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a)

Die Abnahme der potentiellen Energie nimmt mit der Zeit zu, da der Skifahrer schneller wird und dadurch pro Zeitintervall mehr Höhe verliert.

b)

Da der Skifahrer bei größerer Geschwindigkeit mehr Weg pro Zeit zurücklegt, ist die Reibungsarbeit im gleichen Zeitintervall bei größerer Geschwindigkeit größer, auch wenn die Reibungskraft von der Geschwindigkeit unabhängig wäre.

Neben der Reibungsarbeit an der Skilauffläche, die nahezu unabhängig von der Geschwindigkeit ist, bremst auch die Luftreibung (Luftwiderstandskraft), die mit zunehmender Geschwindigkeit wächst, den Skifahrer ab.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Übergreifend

Energieentwertung