Umwandlung von Spannenergie in kinetische Energie

Wir sehen uns im Folgenden zwei Beispiele für die Umwandlung von Spannenergie in kinetische Energie und umgekehrt an.

Versuch Nr. 202

An einem Luftkissenreiter mit Masse $m$ wird eine Feder gestaucht. Durch Ausdehnen der Feder wird der Reiter von einer Platte abgedrückt. Die resultierende Geschwindigkeit kann mit einer Lichtschranke gemessen werden. Die Länge $x$, um welche die Feder gestaucht wird, ist proportional zur Geschwindigkeit $v = \frac{s}{t}$ des Reiters, so wie man es gemäß

$$\frac{1}{2} m v^2 = \frac{1}{2} D x^2$$

mit der Federkonstanten $D$ erwarten würde. Die Geschwindigkeit $v$ kann aus der Dunkelzeit $t$ und der Kärtchenlänge $s$ = 10 cm auf dem Reiter ermittelt werden.

Eine quantitative Auswertung ist möglich, wenn zusätzlich die Federkonstante bestimmt oder mit $D$ = 57,6(17) N/m als gegeben angenommen wird (Konfidenzintervall 1σ).

Versuch Nr. 229

Ein Luftkissenreiter mit einer harten Feder läuft gegen eine fest installierte, ebenfalls harte Feder und wird an dieser reflektiert. Die Geschwindigkeit kann sowohl beim Einlaufen, wie auch beim Auslaufen gemessen werden.

Es zeigt sich, dass die Geschwindigkeiten näherungsweise identisch sind, die kinetische Ausgangsenergie folglich komplett in Spannenergie und anschließend komplett in erneut kinetische Energie umgewandelt wurde. Ein geringer Teil der kinetischen Ausgangsenergie wird in Wärme (durch Stoss und Reibung) umgewandelt.