Highway hat geschrieben:Wobei aber E_kin in W_pot und W_Feder umgesetzt werden muss. Das sehe ich in der mathematischen Beziehung noch nicht, oder sind die Energien in c*x_max²/2 enthalten?
In unserem System muß die Gesamtenergie zu jedem Zeitpunkt konstant sein (Energieerhaltungssatz). Die Gesamtenergie setzt sich zusammen aus der kinetischen Energie (Bewegungsenergie der Masse) und potentieller Energie (Energie der gespannten Feder).
E_ges = E_kin(x) + E_pot(x)
E_kin = m*v²/2
E_pot = c*x²/2
Bei x=0 ist die Federspannung Null und die Geschwindigkeit v=v_max, damit E_pot=0 und damit E_ges=E_kin(v_max)=m*v_max²/2
Bei x=x_max ist die Federspannung ein Maximum und die Geschwindigkeit Null, damit E_kin=0 und E_ges=E_pot=c*x_max²/2.
Damit E_ges=m*v_max²/2=c*x_max²/2
m*v_max²/2=c*x_max²/2
m*v_max²=c*x_max²
Nun ist ja v=x_max*ω*cos(ωt) und damit v_max=x_max*ω
Das in voriger Gleichung
m*x_max²*ω²=c*x_max²
m*ω²=c
Und daraus die bekannte Beziehung für die Eigenfrequenz des Systems
ω²=c/m
Zur Erklärung der Potentiellen Federenergie:
E_pot = ∫c*xdx= c*x²/2 + K, die konstante K ist hier Null
E_pot=c*x²/2
Anschaulich wirkt die Federkraft c*x über den Weg x, also Energie = Kraft mal Weg. Das ergäbe c*x². Aber die Federkraft ist ja anfangs Null, wird dann immer größer und erreicht erst am Ende ihre volle Kraft. Der Mittelwert der Federkraft ist daher c*x/2 und daher nach Multiplikation mit dem Weg x die potentielle Energie c*x²/2.
Ich hoffe, das war nicht allzu verzwickt.
Gruß
Ernst
