nochmal Physik, diesmal interessanter

[Ancient]

und verständlicher. ^^;

Aufgabe:
Erster Fall: Sie (m=70kg) beschleunigen aus dem Stand auf 10 m/s.
Zweiter Fall: Sie beschleunigen in einem Zug, der mit 10 m/s fährt, auf 10 m/s.
Berechnen sie die jeweils geleisteten Beschleunigungsarbeiten, im zweiten Fall vom Standpunkt eines außenstehenden Beobachters.
Warum muss im zweiten Fall mehr Arbeit vollbracht werden?

Also erstmal die vollbrachten Arbeiten:

1. E_kin = 1/2*mv² = 3,5 kJ
2. E_kin(1) - E_kin(2) = 1/2*m(20m/s)² - 1/2*m(10m/s)² = 10,5 kJ

so, aber warum muss im zweiten Fall mehr Energie zum Beschleunigen aufgebracht werden?
hats was mit actio=reactio zu tun? beim beschleunigen wirkt ja eine kraft entgegen der beschleunigungsrichtung.

€: es reicht eine qualitative Erklärung, es handelt sich um eine sogenannte "Verständnisaufgabe".

 

[Das Schaf]

Original geschrieben von Ancient

Zweiter Fall: Sie beschleunigen in einem Zug, der mit 10 m/s fährt, auf 10 m/s.

Ekin_1 -Ekin_2 = 0?

 

[Ancient]

es ist so gemeint:
man steht in einem zug der 10m/s fährt, und beschleunigt dann selbst durch loslaufen im eigenen inertialsystem auf 10m/s.
also im prinzip eine beschleunigung von 10m/s auf 20m/s für einen außenstehenden beobachter.

 

[Muthombo]

die zusätzliche energie im zweiten fall wird vom zug beigesteuert. er muss nämlich energie aufwenden, um seine geschwindigkeit konstant auf 10 km/h zu halten. ansonsten würde er langsamer werden, während der beschleunigende passagier sich von ihm abstößt (impulserhaltung).

 

[aMrio]

aus der rechnung erkennt man doch, dass 20 gemeint ist ~

reine verständnisfrage meinerseits: kann ein außenstehender beobachter überhaupt berechnungen anstellen die sich nicht auf das geschlossene system "zug" beziehen? bzw. warum ist die frage nicht so gestellt, warum es viermal soviel energie kostet von 0 auf 20 zu beschleunigen als von 0 auf 10; weil da die lösung (abhängigkeit durch das quadrat) zu offensichtlich wäre? mit den bezugssystemen konnte ich mich nie so recht anfreunden

rein prinzipiell würde ich aber behaupten, dass ja auch die strecke die man währenddessen faktisch zurücklegt (im zugfall aus sicht des externen beobachters) deutlich höher ist und daher dieser auch rechnerisch auf einen höheren energieverbrauch zur überwindung dieser strecke kommen muß.

edit: das mit dem impuls klingt vertraut; ich glaube aber nicht, dass man das so erklären kann wie mein vorposter, da ja die zeit überhaupt nicht gegeben ist. mithin benötigt der zug bei dieser erklärung eine feste energie um für eine beliebige zeit die geschwindigkeit zu halten

 

[Myta]

da wird doch nirgends verlangt das der zug die 10 m/s beibehalten muss oder? Für den beschleunigenden Menschen ist die aufgewendete Arbeit immer gleich (außer man beachtet relativistische effeckte, aber das ist hier wohl nicht gefragt). Wie Wuselmops schon sagte, müsst nur der Zug zusätzliche Arbeit leisten wenn er die 10 m/s beibehalten möchte, was eigentlich nicht verlangt wird.

 

[Muthombo]

Original geschrieben von aMrio
aus der rechnung erkennt man doch, dass 20 gemeint ist ~

reine verständnisfrage meinerseits: kann ein außenstehender beobachter überhaupt berechnungen anstellen die sich nicht auf das geschlossene system "zug" beziehen? bzw. warum ist die frage nicht so gestellt, warum es viermal soviel energie kostet von 0 auf 20 zu beschleunigen als von 0 auf 10; weil da die lösung (abhängigkeit durch das quadrat) zu offensichtlich wäre? mit den bezugssystemen konnte ich mich nie so recht anfreunden

rein prinzipiell würde ich aber behaupten, dass ja auch die strecke die man währenddessen faktisch zurücklegt (im zugfall aus sicht des externen beobachters) deutlich höher ist und daher dieser auch rechnerisch auf einen höheren energieverbrauch zur überwindung dieser strecke kommen muß.

edit: das mit dem impuls klingt vertraut; ich glaube aber nicht, dass man das so erklären kann wie mein vorposter, da ja die zeit überhaupt nicht gegeben ist. mithin benötigt der zug bei dieser erklärung eine feste energie um für eine beliebige zeit die geschwindigkeit zu halten

ich bin mal davon ausgegangen, dass im modell der aufgabenstellung stillschweigend die reibungskräfte vernachlässigt werden. daher würde der zug bei geradlinig-gleichförmiger bewegung undabhängig von seiner geschwindigkeit keine energie verbrauchen, solange kein passagier darin herumhampelt.

Original geschrieben von Myta
da wird doch nirgends verlangt das der zug die 10 m/s beibehalten muss oder? Für den beschleunigenden Menschen ist die aufgewendete Arbeit immer gleich (außer man beachtet relativistische effeckte, aber das ist hier wohl nicht gefragt). Wie Wuselmops schon sagte, müsst nur der Zug zusätzliche Arbeit leisten wenn er die 10 m/s beibehalten möchte, was eigentlich nicht verlangt wird.

dass der zug 10 km/h beibehält wird in der aufgabenstellung implizit verlangt, da bei der beispielrechnung davon ausgegangen wird, dass der erdfeste beobachter die geschwindigkeit des passagiers als 20 km/h beobachtet. falls die angabe der 20 km/h nicht zur aufgabenstellung gehört, wäre das schon eine falsche annahme.

 

[Das Schaf]

für relativistische effekte is die geschwindigkeit zu low also lasst die mal weg -.-

 

[voelkerballtier]

Original geschrieben von Wuselmops
die zusätzliche energie im zweiten fall wird vom zug beigesteuert. er muss nämlich energie aufwenden, um seine geschwindigkeit konstant auf 10 km/h zu halten. ansonsten würde er langsamer werden, während der beschleunigende passagier sich von ihm abstößt (impulserhaltung).

absolut richtig - und man könnte auch sagen, dass es was mit actio = reactio zu tun hat, wenn man betrachtet, dass die kraft die du aufwendest um zu beschleunigen, der zug auch nochmal aufwenden muss um nicht langsamer zu werden (wie oben schon richtig gesagt)

 

[Myta]

Original geschrieben von Wuselmops
dass der zug 10 km/h beibehält wird in der aufgabenstellung implizit verlangt, da bei der beispielrechnung davon ausgegangen wird, dass der erdfeste beobachter die geschwindigkeit des passagiers als 20 km/h beobachtet. falls die angabe der 20 km/h nicht zur aufgabenstellung gehört, wäre das schon eine falsche annahme.

die 20 m/s könnte man auch dann verwenden wenn der zug abgebremst wird. einfach da die masse des zuges so viel größer ist als die des menschen (weiß nicht so genau was ein zug wiegt, aber ich würde mal sagen da sind vier größenordnungen), so dass die geschwindigkeitsänderung sehr klein wird, und für den menschen keine rolle spielt.

 

[aMrio]

sieht wohl so aus (@ wusel)

http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph11/lesestoff/05_en_verletz/ener_ver_l.htm

die geschwindigkeitsänderung des zuges ist auch für den menschen unerheblich, die paar kJ sind ja nichts für die energie die zug beim fahren hat; andersrum aber viel für einen menschen.

 

[BigD]

Original geschrieben von Ancient
und verständlicher. ^^;

Aufgabe:
Erster Fall: Sie (m=70kg) beschleunigen aus dem Stand auf 10 m/s.
Zweiter Fall: Sie beschleunigen in einem Zug, der mit 10 m/s fährt, auf 10 m/s.
Berechnen sie die jeweils geleisteten Beschleunigungsarbeiten, im zweiten Fall vom Standpunkt eines außenstehenden Beobachters.
Warum muss im zweiten Fall mehr Arbeit vollbracht werden?

Also erstmal die vollbrachten Arbeiten:

1. E_kin = 1/2*mv² = 3,5 kJ
2. E_kin(1) - E_kin(2) = 1/2*m(20m/s)² - 1/2*m(10m/s)² = 10,5 kJ

so, aber warum muss im zweiten Fall mehr Energie zum Beschleunigen aufgebracht werden?
hats was mit actio=reactio zu tun? beim beschleunigen wirkt ja eine kraft entgegen der beschleunigungsrichtung.

€: es reicht eine qualitative Erklärung, es handelt sich um eine sogenannte "Verständnisaufgabe".

wenn du fahrrad fährst und von 0 auf 10 kmh beschleunigst, ist es doch einfacher diese geschwindigkeit zu erreichen/beizubehalten, als wenn du von 10 auf 20 beschleunigst und das dann hälst..

 

[-OdiN-]

wenn leute ohne wissen versuchen anderen leuten was zu erklären.
sein problem ist doch, dass er sowohl auf der straße als auch auf dem zug immer nur von 0 auf 10 beschleunigt...

wie oben gesagt folgt das einfach nur aus den newtonschen axiomen und hat nichtmal sonderlich was mit den bezugssystemen zu tun.

 

[Feos]

ich find die aufgabe auch etwas bescheuert gestellt.

egal, wo ich mich befinde, in meinem eigenen inertialsystem brauche ich die selbe energie. also auch im zug, den man eben als inertialsystem ansehen kann (nicht beschleunigt). somit hab ich im inertialsystem keine kinetische energie, jedoch in einem system eines beobachters.

man selbst muss die gleiche energie aufwenden um auf "10 m/s" zu beschleunigen.
was ein aussenstehender beobachter sieht ist eine beschleunigung von 10 m/s auf 20 m/s. also das was da bei dir steht:

2. E_kin(1) - E_kin(2) = 1/2*m(20m/s)² - 1/2*m(10m/s)² = 10,5 kJ

(ich hätte btw die indizes anders gewählt)

in der aufgabe steht auch noch, dass man die _jeweils_ geleisteten beschleunigungsarbeiten ausrechnen soll. da ich also im geschlossenen system genau die gleiche arbeit leiste (da es ja für mich ruhend ist), ist es wiede das:

1. E_kin = 1/2*mv² = 3,5 kJ

also leiste ich das selbe wie im ruhesystem und den rest (10,5kJ - 3,5kJ) muss eben der zug leisten. wieso, wurde schon in vorhergehenden posts erklärt.