Nicht so richtig 
Auf Basis der dann berechneten Bewegungsenergie und Rotationsenergie? Ist die kinetische Energie an der Potentialmulde immer identisch, ist auch die potentielle Energie konstant.
Verstehe ich das so richtig? Und wenn ja, wie genau hilft mir das dann bei der Berechnung weiter?
Immer den gleichen Punkt benutzen ist auch nicht gerade enfach. Ein paar Millimeter Abweichung werde ich garantiert immer haben.
Du sagst doch selbst, dass Du nicht erklären kannst, warum die Energie proportional zur Zeit sein soll. Damit entbehrt die Rechnung jeder Grundlage.
Mach es so, wie es Der_Namenlose vorgeschlagen hat: Vergleiche die Quadrate der Geschwindigkeiten im gleichen Abstand vor und nach dem Mangeten. Eine Trennung der kinetischen Energien von Rotation und Translation ist dabei nicht nötig.
Beachte aber, dass die Messung umso ungenauer wird, je näher Du dem Magneten kommst, weil sowohl die Änderung der potentiellen Energie mit dem Ort, als auch die Änderung des Ortes mit der Zeit größer werden. Je weiter weg vom Magneten desto besser. Deshalb habe ich oben vorgeschlagen, die Geschwindigkeiten in so großer Entfernung vom Magneten zu messen, dass Du die potentielle Energie in guter Nährung auf Null setzen kannst.
Meinte @Der_Namenlose mit Ort nicht nur den Startpunkt vor dem Statormagneten?
Was genau meinst du mit vor und nach dem Magneten? Ich versteh das einfach nicht, was für eine Messung ihr meint bzw. wie die Messung ablaufen soll. Könnt ihr mir das bitte mal als Beispiel erklären. Also mein Startpunkt liegt 5 cm vor dem Statormagnet entfernt. Diese Messung ist fertig. Was nun?
Hallo @Muellermilch,
ich versuche, meinen Gedanken an einem Zahlenbeispiel zu erklären. Die Zahlen haben nur den Zweck, zu beschreiben, was du messen sollst. Alle Zahlen in diesem Post sind zu diesem Zweck von mir frei erfunden.
Außerdem fasse ich im folgenden die kinetische Energie der Translation und der Rotation einfach unter dem Begriff Bewegungsenergie zusammen.
Deine Kugel startet irgendwo und läuft dann durch den Punkt A und den Punkt B. Du möchtest wissen, wie viel Energie der Kugel auf dem Weg von Punkt A zu Punkt B verloren gegangen ist. Dazu misst du die Energie an beiden Punkten und erhältst z.B. die folgenden Werte.
So könnte deine Auswertung aussehen, wenn du alles messen könntest, was du wissen willst. 
Ich ändere jetzt das Setting ein bisschen ab. Die Kugel startet wieder irgendwo, kommt dann am Punkt A vorbei, rollt beschleunigt am Magneten vorbei, wird danach vom Magneten gebremst, wird immer langsamer bis zum Stillstand, kehrt dann um, wird wieder zum Magneten hin beschleunigt und wird wieder hinter dem Magneten langsamer, kommt auf dem Rückweg ein zweites Mal an Punkt A vorbei, kehrt dahinter um usw. Wir messen aber nur an Punkt A, dafür zweimal, einmal auf dem Hinweg und einmal auf dem Rückweg. Passend zu der „erfundenen Messung“ oben erfinde ich jetzt auch wieder ein paar Werte.
Und jetzt der entscheidende Unterschied zwischen den beiden Messungen:
Bei der ersten Messung oben musst du an den Punkten A und B die Bewegungsenergie und die potentielle Energie ermitteln. Das ist problematisch, weil du kaum an die potentielle Energie kommst.
Bei der zweiten Messung musst du nur die Bewegungsenergie ermitteln. Denn die potentielle Energie ist in beiden Fällen gleich (meine erfundenen 20J) und der Verlust kommt ausschließlich von der Bewegungsenergie (meine erfundenen Werte von 10J auf dem Hinweg und 5J auf dem Rückweg).
Deswegen schlage ich vor, immer am gleichen Punkt zu messen. Jetzt kommt @DrStupid mit einer weiteren guten Idee: Für die potentielle Energie ist nur der Abstand vom Magneten entscheidend. Du kannst also wie in meiner ersten erfundenen Messung mit zwei Punkten A und B arbeiten, wenn die nur beide gleich weit vom Magneten entfernt sind, z.B. einer 3cm davor und einer 3cm dahinter.
Und noch ein Hinweis zu dem Formeln. Die kinetische Energie der Translation beträgt Ekin = 0.5 m v^2. Die kinetische Energie der Rotation beträgt Erot = 0.5 J w^2. Dabei ist w = v/r die Winkelgeschwindigkeit (omega) und J = 0.4 m r^2 das Trägheitsmoment der Vollkugel. Hier sind m die Masse und r der Radius der Kugel. Wenn du alles einsetzt, ergibt sich insgesamt die Bewegungsenergie Ekin = 0.7 m v^2.
Wenn du nur einen Punkt betrachtest oder gleichwertig zwei Punkte im gleichen Abstand zum Magneten, dann brauchst du ja nur die kinetische Energie. Darin ist der Faktor 0.7m immer gleich, weil die Kugel ja immer gleich schwer bleibt. Entscheidend ist die Änderung dere Geschwindigkeit, die quadratisch eingeht. Deswegen schrieb @DrStupid, du sollest die Quadrate der Geschwindigkeiten im gleichen Abstand vor und nach dem Magneten vergleichen.
Macht das unsere Gedanken klarer?
L.iebe Grüße
vom Namenlosen
Hallo @Der_Namenlose,
vielen Dank für deine ausführliche Erklärung.
So Leid es mir tut, aber tatsächlich iwie immernoch nicht. Ich bin dein Text wirklich sehr konzentriert und mehrmals durchgegangen, aber es klickt bei mir nicht. Ich versuche mal mit deinem Text meine Gedanken darzustellen. Ich bin auch mit deinen Punkten (A,B) immer wieder durcheinander gekommen, daher versuche ich es detaillierter aus meiner Sicht zu erklären.
Die Kugel startet an einem beliebigen „Startpunkt A“ vor dem Statormagneten. Den „Startpunkt A“ wähle ich so weit weg wie möglich vom Statormagneten, wie es @DrStupid beschrieben hat. Die potentielle Energie liegt zu diesem Zeitpunkt nahzeu bei 0. Den exakten Wert kenne ich trotzdem nicht. Die Kugel rollt nun los und kommt dann an der „Potentialmulde Punkt B“ an. Zu diesem Zeitpunkt liegt die Bewegungsenergie bei 100%. Diesen Wert kann ich nun berechnen. Die Kugel rollt dann von der „Potentialmulde Punkt B“ weg, wird abgebremst und kommt bei „Stillstand Punkt C“ einen kleinen Augenblick zum Stehen, bevor die Kugel zurückrollt. Zu diesem Zeitpunkt hat die Kugel eine höhere potentielle Energie als am „Startpunkt A“. Aber auch diesen Wert kenne ich nicht und kann ich nicht berechnen. „Stillstand Punkt C“ wird nun zu „Startpunkt C“ und das Spielchen beginnt von vorne. Die Kugel rollt von „Startpunkt C“ zur „Potentialmulde Punkt B“ usw.
Zwischen "Startpunkt A und „Stillstand Punkt C“ entstand zu jedem Zeitpunkt ein unterschiedlich großer Reibungsverlust (+andere Verluste). Diese Verluste kenne ich auch nicht und kann ich auch nicht berechnen.
In der ganzen Erklärung kenne ich nur die „Potentialmulde B“. Die einzige Berechnung die ich nun meiner Meinung durchführen kann, ist die Differenz zwischen „Potentialmulde Hinweg“ und „Potentialmulde Rückweg“. Diese Differenz enspricht dann den Weg von „Potentialmulde B“ zu „Stillstand Punkt C“ und zurück zu „Potentialmulde Punkt B“. Mehr kenne ich nicht und kann ich nicht bestimmen. Ich sehe einfach keine andere Logik. 
Das Magnetfeld ist meiner Meinung nach auf beiden Seiten nahezu identisch. Lasse ich die Kugel auf der linken Seite vom Statormagneten in einem Abstand von 5cm starten, dann sollte die Kugel auch die gleiche Geschwinidigkeit haben, wenn ich sie auf der rechten Seite mit einem Abstand von 5cm starten lasse. Ich verstehe den Sinn dahinter nicht.
Ich glaube so langsam, mit mir sind Hopfen und Malz verloren.
Heißt das, dass sie bei A aus der Ruhe startet und dann von selbst beschleunigt? Dann ist der Einfluss des Magneten an diesem Punkt noch nicht vernachlässigbar.
100 % Bewegungsenergie hat die Kugel, am ersten Messpunkt. Die Bewegungsenergie in der Potentialmulde ist uninteressant. Damit kannst Du ohne Kenntnis der potentiellen Energie nichts anfangen.
Das würde Dir nur etwas bringen, wenn die Kugel bei A aus der Ruhe startet und C genauso weit vom Magneten entfernt wäre, wie A. In dem Fall hätte die Kugel keine Energie verloren. In der Realität wird C aber näher am Magnet liegen. Dann wüsstest Du nur, dass die Kugel Energie verloren hat, aber nicht wie viel.
Die Kugel muss durch zwei Punkte hindurch rollen, die den gleichen Abstand vom Magneten haben und Du vergleichst das Quadrat der Geschwindigkeiten in diesem beiden Punkten. Die Differenz ist dann ein Maß für die dazwischen verloren gegangene Energie.
Achso, die Kugel muss ich außerhalb des Magnetfelds losrollen lassen? Das heißt, entweder muss ich die Kugel anstupsen oder meine Bahn etwas schräg stellen. Die Bahn schräg stellen ist wohl sinnvoller, dann würde die Kugel immer eine konstante Geschwindigkeit haben, solange ich sie immer am gleichen Punkt starten lasse. Und über die Messwerte finde ich dann aufgrund der Beschleunigung heraus, wann das Magnetfeld greift? Puh, das stelle ich mir iwie schwierig vor. Aufgrund des schäg stellen, habe ich aber dann einen Epot den ich auch berechnen kann. Aber was mache ich dann mit dem Epot?
Aha, jetzt verstehe ich das. Punkt A wäre z.B. 2cm links vom Statormagneten und Punkt B wäre 2cm rechts vom Statormagneten. Das wären dann die Punkte, wo die Kugel hindurch rollt. Mehr als 2cm kann ich kaum nehmen, da die Kugel bei 3cm ja schon wieder zurück rollt.
Eine weitere Schwierigkeit ist es, die Kugel genau an diesen Punkten im Video oder als Frame zu erwischen.
Wann das Magnetfeld greift, findest Du heraus, indem Du die Kugel auf die Schiene legst. Dort, wo sie anfängt zu rollen, greift das Magnetfeld.
Im einfachsten Fall stellst Du die Schiene so schräg, dass die Kugel ohne Magnet mit konstanter Geschwindigkeit rollt. Dann bleibt am Ende nur der zusätzliche Energieverlust durch die Wechselwirkung mit dem Magneten übrig. Um eine reproduzierbare Anfangsgeschwindigkeit zu erreichen, kannst Du die Kugel von einer Rampe auf die Schiene rollen lassen.
Ist es wichtig, dass die Kugel vom Magneten gestoppt wird? Wenn nicht, dann lass sie doch einfach so schnell rollen, dass das nicht passiert. Wenn das Ganze irgend etwas mit Deiner ursprünglichen Idee zu tun hat, dann wäre das sowieso näher an der Praxis. Da soll die Potentialmulde doch auch komplett überwunden werden.
Das Problem besteht nur, wenn Du die Geschwindigkeit im Wirkungsbereiches des Magneten misst. In Bereichen, in denen die Geschwindigkeit konstant bleibt, ist der Ort egal.
Hallo @DrStupid, danke dir.
Macht das ein Unterschied, ob die Kugel mit 0,2m/s oder mit 2,0m/s in das Magnetfeld rollt? Bleibt die Beschleunigung auf die Kugel durch das Magnetfeld dann trotzdem gleich? Und hätte ich dann nicht bei höherer Geschwindigkeit weniger Reibungsverlust? Ich kann mir das bildlich gerade überhaupt nicht vorstellen.
Meine Ursprungsidee war es die Potentialmulde wie gehabt mit einem Elektromagenten zu überwinden. Ich wollte ein Vergleich bauen und darstellen. Elektromagnet vs. Elektromagnet + Permanentmagnet. Der Elektromagnet ist klar, befindet sich die Kugel an der Potentialmulde, schalte ich den Elektromagnet ein und die Kugel wird abgestoßen. Bei dem 2. Versuch liegt dann unter dem Elektromagnet noch ein Permanentmagnet. Stell dir das wie 2 Backsteine vor, die übereinander liegen. Oben der Stein ist der EM und unten der Stein ist der PM. Der EM würde das Magnetfeld des PMs beim Anschalten zum größten Teil neutralisieren. Der EM selbst hat weiterhin seine Kraft, um die Kugel abzustoßen. Das Ziel des Tests ist es, zu schauen, ob ich das Magnetfeld des Pms nutzbar machen kann, ohne die Kraft des EMs zu beeinflussen.
Zuvor wollte ich aber erstmal wissen, wie ich das dann auch enstprechend berechnen kann. Und wie ich feststellen musste, steckt da doch mehr hinter als ich dachte.
Die Frage kannst Du Dir selbst beantworten, indem Du die Verluste mit verschiedenen Geschwindigkeioten bestimmst.
Ich bin übrigens auf etwas gestoßen, das ich ziemlich interessant finde. Ich haue euch mal den Link rein:
https://www.youtube.com/watch?v=aQoKIin1w2A&t=724s
Hier geht es darum, dass weniger Kraft aufgewendet werden muss, wenn man 2 anziehende Magnete seitlich verschiebt als wenn man 2 anziehende Magnete gerade voneinander wegzieht.
Laut seiner Beschreibung hat er keine vergleichbaren Messergebnisse im Netz gefunden. Kennt ihr das schon und was haltet ihr von der Idee?
Hallo @Muellermilch,
vielleicht magst du erst einmal ein einfacheres System untersuchen, wo du Messwerte und theoretische Erwartungen gut vergleichen kannst. Das wäre dann ein Trainingsgelände, um dich mit den Messungen und den physikalischen Größen vertraut zu machen.
Mein Vorschlag: Du lässt den Magneten weg, stellst die Bahn schräg und läßt die Kugel aus der Ruhe heraus rollen. Dann kannst du die potentielle Energie als Epot = mgh für jeden Punkt berechnen. Du kannst an beliebigen Punkten die Geschwindigkeit v und daraus die kinetische Energie (Translation und Rotation) berechnen. Anhand deiner Messdaten kannst du dann verfolgen, wie die Energie auf dem Weg der Kugel abnimmt.
Du kannst den Energieverlust sogar mit Modellrechnungen für die Reibungsverluste vergleichen. Unter dem Stichwort Stokessche Reibung findet man Formeln für die Reibungskraft (proportional zur Geschwindigkeit, laminare Strömung). Damit kannst du den zu erwartenden Energieverlust berechnen und mit dem gemessenen Energieverlust vergleichen.
Liebe Grüße
vom Namenlosen
Das ist durchaus möglich. Allerdings braucht man dann bei gleicher Anfangs- und Endkonfiguration einen längeren Weg. Es ist dasselbe Prinzip wie bei Hebeln oder Flaschenzügen: weniger Kraft und längerer Weg bei gleicher Energiedifferenz.
Hallo @Der_Namenlose,
das mag an sich schon sinnvoll sein, aber solche Modelle und Berechnungen finde ich zu Genüge online. Die habe ich mir schon reichlich angeschaut. Was dort passiert und wie sich die Energieformen verhalten weiß ich ja mittlerweile.
Modelle mit Magneten und Kugel gibt es im Vergleich nahezu nirgends.
Bei der einen Bahn kann ich Epot ohne Probleme berechnen, bei der anderen Bahn kann ich das nicht. Wie genau soll mir das nun helfen, wenn ich erstmal so ein einfacheres System baue?
Mag durchaus sein, dass ich die Physik praktisch besser verstehe und lerne, aber baue ich danach die Bahn mit dem Magneten, stehe ich wieder am Anfang.
Wobei ich ja nun durch euch weiß, wie ich den Reibungsverlust herausfinden und berechnen kann.
hi,
vertippt oder ist deine Kugel ein Magnet?
grüße
lipi
hi,
denkst du nicht, dass das etwas ungünstig ist, ein bewegtes und rotierendes Magnetfeld in unbekannter und unberechenbarer Ausrichtung in so einem Versuch zu nutzen?
grüße
lipi
Nee nee keine Sorge, wenn ich diesen Test machen sollte, dann über einen Rotor.
Mit der Kugel wäre der Versuch wirklich sehr ungünstig.
Damit bestimmst Du die Verluste, die gar nichts mit den Magneten zu tun haben. Die kannst Du dann beim Versuch mit Magneten rausrechnen um ein besseres Ergebnis zu erhalten.
Ja okay, das erscheint mir sinnvoll. Aber so wie es @Der_Namenlose geschrieben hat, klang das eher danach, einfach erstmal eine Bahn zu bauen, um es kennenzulernen, ohne Magnete und ohne deine Hintergrundgedanken. Kann mich natürlich auch irren.