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Betreff:

Exkurs: Die Startenergie der Pucks

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Gebläse

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$m_{rot}=m_{grün}$

$m_{blau}=2 \cdot m_{grün}$

Hinweis: Eine Anleitung zur Bedienung des IBE finden Sie auf dieser Seite.

Im Zentrum der Fragestellungen auf dieser Seite steht der Vorgang des Abschusses der Pucks bei unterschiedlicher Vorwahl der insgesamt 11 verschiedenen Launcherpositionen. Bei jeder Launcherposition wird vom Energieversorgungsgerät eine ganz bestimmte elektrische Energie mittels Aufladung eines Kondensators zur Verfügung gestellt. Diese Energie steht dann beim Abschuss dem jeweiligen Puck als kinetische Energie zur Verfügung, sodass die Pucks dadurch unterschiedliche Start- bzw. Initialgeschwindigkeiten erhalten können.

Für die Versorgungsspannung $U_L$ der Abstoß-Magnete in den beiden Launchern findet man in der Betriebsanleitung folgende Aussage: "A large capacitor in this unit is charged by a variable voltage power source. When one or two electric Puck Launchers are connected, a reproducible impulse can be generated." 
Dies macht die Wartezeit (i. e. Aufladezeit des Kondensators) verständlich, die vor der Freigabebestätigung der Launcher bis zu einer durch die Drehschalter einstellbaren, reproduzierbaren Spannung $U_L$ vergeht.

Bestimmen Sie in Abhängigkeit von allen elf Positionen des Drehschalters am Launcher-Versorgungsgerät die Geschwindigkeit $v$ des grünen Pucks nach dessen Abstoß. 
Daten: Die Stroboskopfrequenz beträgt $f=10\,Hz$ und $14\,cm$ des Geodreiecks (einzublenden mit der Taste ) entsprechen $108\,cm$ auf dem Luftkissentisch.

Beschreiben Sie den Zusammenhang zwischen der Position des Drehschalters und der dabei erzielten Puck-Geschwindigkeit $v_{0\,grün}$ des Pucks.


Geben Sie anhand des Geschwindigkeitsverhältnisses der erreichten Initialgeschwindigkeiten in Position 11 und 1 das Verhältnis $\frac{E_{11}}{E1}$ der vom Launcher an den Puck abgegebenen Startenergien an.

Tipp

Geben Sie das dementsprechende Verhältnis $\frac{U_{11}}{U1}$ der zugehörigen Spannungen an, die im Launcher an die Abstoßmagneten angelegt werden?

Beachten Sie dazu die ebenfalls aus der
Bedienungsanleitung stammenden Aussage:
"Since kinetic energy is $\frac{1}{2}mv²$ and the energy stored in a capacitor is $\frac{1}{2}CU²$, puck velocity varies linearly with voltage except at low settings where friction dominates."

Prüfen Sie für den grünen sowie den blauen Puck, dass beide Launcher bei derselben Einstellung demselben Puck jeweils dieselbe Initialgeschwindigkeit verleihen.
 

Bestimmen Sie das Verhältnis $\frac{v_{0\,grün}}{v_{0\,blau}}$ der Initialgeschwindigkeiten der beiden Pucks, wenn sie mit derselben Einstellung des Launchers abgestoßen werden.


Tipp

Bestimmen Sie daraus das Massenverhältnis $\frac{m_{grün}}{m_{blau}}$ der Masse des grünen zu der des blauen Pucks.


Denken Sie an die Formel für die kinetische Energie.

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