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Versuche

Trampolin (CK-12-Simulation)

Das Ziel der Simulation

  • Energieumwandlungsketten analysieren
  • Beiträge einzelner Energieformen zur Gesamtenergie ermitteln
  • Maximalwerte einzelner Energieformen im Zeitverlauf der Umwandlung bestimmen

Wie werden Energieformen beim Trampolinspringen umgewandelt?

Energieumwandlungen passieren ständig und überall - ein schönes Beispiel  für eine Energieumwandlungskette ist das Trampolinspringen. Welche Energieformen dabei auf welche Weise ineinander umgewandelt werden, kannst du mithilfe der CK12-Simulation ‘Trampolin’ untersuchen.

 

Die Simulation kurz erklärt

CC-BY-NC 4.0 / CK-12 Foundation, bearbeitet von P. Schlummer
Abb. 1 Übersicht über die Bedienelemente der Simulation.

 

Hinweis: Die Simulation wird in einigen Browsern nicht in einem neuen Tab, sondern im Vollbildmodus dargestellt. Wenn du also die Aufgaben bearbeiten und gleichzeitig mit der Simulation arbeiten möchtest, solltest du die Aufgaben und die Simulation auf zwei verschiedenen Geräten aufrufen. 

Hier geht es zur Simulation

Abb. 2 Wie werden kinetische und potentielle Energie beim Trampolinspringen gespeichert und ineinander umgewandelt?
Aufgabe
1.) Betrachtung der auftretenden Energieformen

Benenne die Energieformen, die in der Simulation auftreten und beschreibe, von welcher in der Simulation dargestellten Größe die Energieformen jeweils abhängen.

Lösung

Es treten die Energieformen kinetische Energie, Spannenergie und potentielle Energie (Lageenergie) auf.
Die kinetische Energie ist abhängig von der Geschwindigkeit des Springers und von seiner Masse.
Die Spannenergie äußert sich in der Verformung des Trampolinnetzes und ist abhängig von dessen Auslenkung aus der Ruhelage.
Die potentielle Energie des Springers ist abhängig der Masse des Springers von dessen Höhe über dem Boden.

2.) Betrachtung der Gesamtenergie

Beschreibe alle Möglichkeiten, durch die du die Gesamtenergie in der Simulation erhöhen kannst.

Lösungsvorschläge

Lösung

Um die Gesamtenergie zu erhöhen, kannst du entweder die Masse des Springers vergrößern oder ihn aus größerer Höhe starten lassen. Beides erhöht die potentielle Energie, die der Springer zu Beginn hat. Die Steifheit des Trampolins hat keinen Einfluss auf die Gesamtenergie, da die Gesamtenergie durch die Menge an potentieller Energie beim Start bereits festgelegt ist. Danach finden nur Energieumwandlungen statt.

3.) Maximalwerte der einzelnen Energieformen finden

Stelle für jede Energieform den weißen Marker im Diagramm oben links möglichst genau auf den Punkt ein, an dem die Energieform maximal wird. Dies kannst du gut anhand des Diagramms rechts kontrollieren. Betrachte dann die Position des Springers und ergänze die unten stehende Tabelle.

Energieform Maximal zum Zeitpunkt...
Spannenergie  
Lageenergie  
kinetische Energie  

Lösung

Aufgaben 2

Energieform Maximal zum Zeitpunkt...
Spannenergie ...an dem der Springer ganz unten auf seiner Bahn ist (maximale Auslenkung des Netzes
Lageenergie ...an dem der Springer ganz oben auf seiner Bahn ist (maximaler Abstand zum Boden)
kinetische Energie ...kurz nachdem der Springer auf das Trampolin trifft
4.) Maximalwerte ins Diagramm einordnen

Die drei Bilder unten zeigen verschiedene Ausschnitte aus der Bewegung des Springers. Ordne die Bildnummer an die passende Stelle im Diagramm ein, indem du die Marker der Bilder auf das Diagramm ziehst.

5.) Ergebnisse zusammenfassen

Vervollständige die untenstehende Erklärung, in welchem Bild die maximale kinetische Energie vorliegt.