Potentielle Rotationsenergie

Wissenschaft Physik
#1

Hallo zusammen,

ich stelle mir folgende Frage: so wie innerhalt der kinetischen Energie zwischen einer Translationsbewegung (Ekin = 1/2 * m * v²) und der Rotationsenergie (Ekin = 1/2 * J * w²) unterschieden wird, müsste es doch auch bei der potentiellen Energie geschehen, oder ? Jedoch habe ich bislang nur potentielle Energien gefunden, die aus einer Translationsbewegung heraus entstehen ?!
Konkret: ich möchte die potentielle Energie ermitteln, die auf die Achse einer Spiralfeder wirkt, wenn die Achse der Spirale rotiert wird. Wie sieht dafür die Fotmel aus ?

Vielen Dank

#2

Hallo,

Konkret: ich möchte die potentielle Energie ermitteln, die auf
die Achse einer Spiralfeder wirkt, wenn die Achse der Spirale
rotiert wird. Wie sieht dafür die Formel aus ?

du möchtest die Arbeit ermitteln, welche z.Bsp. eine gespannte Uhrfeder
leisten kann.
Hier sind wohl viele Parameter zu berücksichtigen welche nicht so ohne
weiteres mit einer Formel erfaßt werden können.
Solche Federn haben spezielle Drehmonentenkennlienien aus denen eine
Gesamtarbeitsleistung ermittelt werden könnte.
Auch hier
http://www.wer-weiss-was.de/physik/leistung-einer-sp…
wurde dies schon mal angesprochen - ohne daß eine abschließende explizite Lösung
präsentiert wurde.
Gruß VIKTOR

#3

Hallo Viktor,
danke für die schnelle Antwort. Leider bringt mit die Diskussion unter dem Link, auf den Du hingewiesen hast, nicht wirklich weiter. Ich möchte die Energie respektive Arbeit berechnen, welche auf die Mittelachse der Spiralfeder wirkt. Soweit ich weiß berechnet die Formel für die potentielle Energie E = 1/2 * D * x² (mit D = Federkonstante und x = Weg der Auslenkung) nur die Energie, die an dem Punkt wirkt, der ausgelenkt wird. Ich möchte hingegen wissen, wie groß die Energie in der Mittelachse der Spiralfeder ist.
Ist das so kompliziert oder wo habe ich einen Denkfehler ?
Gruß

#4

Hallo,

ich stelle mir folgende Frage: so wie innerhalt der
kinetischen Energie zwischen einer Translationsbewegung (Ekin
= 1/2 * m * v²) und der Rotationsenergie (Ekin = 1/2 * J * w²)
unterschieden wird, müsste es doch auch bei der potentiellen
Energie geschehen, oder ? Jedoch habe ich bislang nur
potentielle Energien gefunden, die aus einer
Translationsbewegung heraus entstehen ?!
Konkret: ich möchte die potentielle Energie ermitteln, die auf
die Achse einer Spiralfeder wirkt, wenn die Achse der Spirale
rotiert wird. Wie sieht dafür die Fotmel aus ?

Vielen Dank

Hallo,

ich habe meine ursprüngliche Antwort noch einmal überarbeitet.

Meinst du mit „Spiralfeder“ eine Feder, deren Wendeln in einer Ebene liegen, oder meinst du eine „Schraubenfeder“. Ich frage das, weil du an anderer Stelle auf die Formel E = 1/2 * D * x² verweist. Die gilt für eine Schraubenfeder. Eine Spiralfeder hat einen nichtlinearen Zusammenhang von Kraft und „Verdrehung“ und ergäbe eine andere Formel für E. Damit ist überhaupt nicht klar, was du mit deiner Frage meinst.

Gruß

P.

#5

Hallo hshl,

  1. Die Formel, ob sie mit näherungsweise fixem D anwendbar ist (vgl. Kommentare der Mitforisten) oder nicht, berechnet die potentielle Energie, die in der gesamten Feder gespeichert ist!

  2. In der Mittelachse einer Spiralfeder wird keine Energie gespeichert. Die Speicherung erfolgt im Material (durch verringerte Teilchenabstände und die Zwischenteilchenkräfte).

Grüße, Wizzy

#6

Noch eine Klarstellung: Ich meinte die gesamte makroskopische potentielle Rotationsenergie.
Es gibt wenn man genau sein will noch andere Arten von potentieller Energie in der Feder, wie in jedem Festkörper - welche sich aber nicht durch ein makroskopisches Drehmoment äußern und daher in Bezug auf Deine Frage vernachlässigbar sind.

#7

Hallo,

wenn Du eine Masse auf der Spiralbahn einer Feder nach oben bewegen willst, gibt es zwei Fälle:

  1. Beschleunigt - so greift das Trägheitsgesetz
  2. Statisch oder quasistatisch - so hast Du nur die Reaktion aus der Masse als Gegenkraft
    Nur eine Frage von ds nach dt.

Eigentlich ist potentielle Energie nur gespeicherte Arbeit mit = m*g*h. Daraus ergibt sich nach der Größenformel Nm = J. Energie wird nur daraus, wenn der Zeitfaktor als Nenner dazukommt, weil E=Arbeit/Zeit = Nm/s = J/s = W

Jedoch habe ich bislang nur
potentielle Energien gefunden, die aus einer
Translationsbewegung heraus entstehen ?!

Korrekt und zwar senkrecht auf den Anziehungsmittelpunkt bezogen. Ein Tragen einer Masse parallel dazu ist für uns anstrengend aber im physikalischen Sinn keine Arbeit, weil ds fehlt.

Konkret: ich möchte die potentielle Energie ermitteln, die auf
die Achse einer Spiralfeder wirkt, wenn die Achse der Spirale
rotiert wird. Wie sieht dafür die Fotmel aus ?

Das ist keine potentielle Energie, nur eine Reaktion auf verschiedene Voraussetzungen.

Vielen Dank

#8

energetische Humbug
Hallo,

wenn Du eine Masse auf der Spiralbahn einer Feder nach oben
bewegen willst, gibt es zwei Fälle:

Er will keine Masse nach oben bewegen, sondern eine Spiralfeder aufziehen.

  1. Beschleunigt - so greift das Trägheitsgesetz
  2. Statisch oder quasistatisch - so hast Du nur die Reaktion
    aus der Masse als Gegenkraft

Masse als Gegenkraft??? Was soll das sein?
Masse ist nicht Kraft!

Eigentlich ist potentielle Energie nur gespeicherte Arbeit

Potentielle Energie ist „mechanische Lage-Energie“, konkret also eine Energiedifferenz, die sich auf dem Lageunterschied in einem mechanischen Potentialfeld ergibt .

Und Arbeit kann z.B. auch in kinetischer Energie oder elektrischer Energie und chemischer Energie oder sonst was gespeichert werden.

mit = m*g*h.

Das ist die einfache Formel für pot. Energie im Schwerefeld der Erde.

Und wie ist diese Formel bei einer Feder anzuwenden? Wo ist da die Höhe?
Wie wird die veränderliche Kraftwirkung der Feder berücksichtigt?

Daraus ergibt sich nach der Größenformel Nm = J.

Größenformel??? Das ist nur eine Umrechnung der Einheit!

Energie wird nur daraus, wenn der Zeitfaktor als Nenner
dazukommt, weil E=Arbeit/Zeit = Nm/s = J/s = W

Quatsch! Das ist die Leistung = Arbeit pro Zeiteinheit !

Jedoch habe ich bislang nur potentielle Energien gefunden, die aus einer
Translationsbewegung heraus entstehen ?!

Ja, in der Schule nicht aufgepasst! Beispiel Pendel! (wird irgendwann in der 8. oder 9. Kl. behandelt).

Konkret: ich möchte die potentielle Energie ermitteln, die auf
die Achse einer Spiralfeder wirkt, wenn die Achse der Spirale
rotiert wird. Wie sieht dafür die Fotmel aus ?

Das ist keine potentielle Energie,

Doch, ist es! Was sollte es denn sonst sein?

nur eine Reaktion auf verschiedene Voraussetzungen.

Gewaltig!
Wenn man keine Ahnung hat, dann schwafelt man eben sinnlose Zeug.
Gruß Uwi

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#9

Hallo Uwi,

warum bist du denn so hart zu Corvus_Corax?
Seine Aussagen sind doch gar nicht autorisiert :smile:

Es fehlt der obligate „Gruß vom Raben“.

Sven Glückspilz