DE8813908U1 - Vorrichtung zur Messung der Umwandlung von kinetischer in potentieller Energie und umgekehrt - Google Patents
Vorrichtung zur Messung der Umwandlung von kinetischer in potentieller Energie und umgekehrtInfo
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Description
(16 070)
Vorrichtung zur Nessung der Umwandlung von kinetischer
in potentiel Ie Energie und umgekehrt
Die vorliegende Neuerung befaßt sich mit der Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie und umgekehrt.
Die reversible Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie und umgekehrt ist bekannt. Es handelt
sicli dabei um einen physikalischen Vorgang, nach
dessen Ablauf der Anfangszustand der Energiesumme vollständig
wiederhergestellt ist und in dessen Umgebung
auch keine Veränderungen eingetreten sind. Wenn aber ein solcher Vorgang nicht vollständig umkehrbar ist, so
bezeichnet man einen derartigen Vorgang irreversibel.
Potentielle und kinetische Energie sind Energieformen
der Mechanik, wobei die kinetische Energie gleich ist dem halben Produkt aus Masse umd Quadrat der Geschwindigkeit
eines Körpers. Potentielle Energie kann man mittels bekannter Vorrichtungen.. Apparaten, Motoren und
Maschinen, die zum Stand der Technik gehören, in kinetische Energie umwandeln. Ein Musterbeispiel fur die
Umwandlung ist z.B. das bekannte Pendel, das periodisch
und perfekt reversibel potentielle in kinetische Energie und umgekehrt umwandelt.
Beim Zusainmenpra 1 1 bspw. eines Personenwagens mit einem
Hindernis wird ein großer Teil seiner kinetischen Energie in potentielle Energie umgesetzt, indem die potentielle
Energie in der Stoßstange und in den gebogenen Bauteilen der gesamten Karosserie gespeichert wird. Es
ist also von großer Bedeutung, daß die Hersteller von
rci nuiicnTTtigcn uiB Auj GSaGi au *_*- &ogr; *. ^ £ ^ &ugr; ,_, uw ^w-. ^.-..«.-w...
daß bei einem Verkehrsunfall der größte Teil der kinetischen
Energie in potentielle Energie umwandelt und diese in den verbogenen Bauteilen des Wagens gespeichert
wird. Es ist heute Üblich, daß Konstrukteure von Personenwagen, Eisenbahnwagen, von Aufzügen flir Wohnhäuser,
von Flugzeugen u. dgl. stets die Summe aus potentieller und kinetischer Energie bei jeder Bedingung
als konstant betrachten, d.h., sie legen ihren Berechnungen den bekannten reversiblen Umwandlungsvorgang zugrunde.
Der irreversible ümwandiungsvorgang ist bis jetzt unbekannt.
Der derzeitige Stand der Technik bietet kein Verfahren und keine Vorrichtung an, mit denen man in der Lage
wäre, die irreversible Energieumwandlung zu messen und rechnerisch quantitativ zu erfassen.
Der Neuerung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung derart zu schaffen, daß die Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie mit einem
mi^imJf": i%le l'fph 1 er gemessen werden kann und di ° numerischen
Daten der kinetischen Energie bei größerer Geschwindigkeit
der rltiR'o mil den numerischen Daten der
kinetischer) Energie bei kleinerer Geschwindigkeit der
Masse quantitativ vergleichbar sind.
F)IRSf? Aufffnhe ist nncli der Neuerung mit einer Verrichtung
gemäß Anspruch 1 gelöst. Praktische Ausfuhrungsformen der Vorrichtung ergeben sich nach den Unteransprüchen
.
Die kinetische Energie einer Masse ist bekannterweise wie f &ogr; 1
>r t definiert:
Ex = 5 v2 (Joule) (I)
worin
IH = [IC &ngr; = Geschwindigkeit in m/s
Gleichung I und andere Bewegungsgleichungen lassen ohne weiteres erkennen, daß die kinetische Energie bei
größerer Geschwindigkeit viel rascher zunimmt als bei einer kleineren Geschwindigkeit der Masse.
Gemäß der neuartigen Vorrichtung kann der g- Betrag
an Energie bei einer höheren Geschwindigkeit der Masse in mindestens zwei Teile geteilt, wonach diese
beiden Teile getrennt voneinander bei einer niedrigeren
Geschwindigkeit an die Masse übertragen werden. Bei einem solchen physikalischen Vorgang setzt man sozusagen
den größeren Energiebetrag an die Stelle des kleineren Energiebetrages.
Im technischen Sinne geschieht dies, wenn z.B. eine Masse mit größerer Geschwindigkeit auf zwei parallel
angeordnete Federn stößt und dabei die kinetische Energie in potentielle Energie umwandelt, diese dabei aber
in zwei Teile teilt, d.h., in jeder Stahlfeder ist ein halber Energiebetrag vorhanden. Danach wird jede Feder
einzeln gegen die ursprüngliche Masse entspannt, d.h.,
der FnergieumwandlungsVorgang wird zweimal durchgeführt.
Beim ersten Mal wird der erste halbe Betrag der potentiellen Energie in kinetische Energie umgewandelt
und danach wird der zweite halbe Betrag in kinetische Energie der gleichen Masse umgesetzt. Der halbe Energiebetrag
beschleunigt die ursprüngliche Masse selbstverstfind
1 ich zu einer kleineren Geschwindigkeit als der volle Betrag. Gerade dieser Vorgang wird von der Vorrichtung
gemäß der Neuerung quantitativ demonstriert. Nicht, zuletzt vermittelt ein solches Verfahren und eine
solche· Vorrichtung neues Wissen über die Energie der
Die nachfolgend beschriebene Vorrichtung ist für die technische Mechanik und für die Energieindustrie wirtschaftlich
wertvoll und dient den in den entsprechenden Fachgebieten tätigen Technikern als neue Methode ?.ur
Berechnung von Energieumwandlungsvorgängen. Nicht zuletzt vergrößert die hier beschriebene Vorrichtung und
deren Handhabung das Wissen, hauptsächlich, in der Definition
der von Leibniz angesprochenen QUANTITAS MOTUS (Bewegungsmenge). Ferner überbrückt dieses neue Wissen
die Kluft zwischen der bekannten Newton-Mechanik und der Relativistischen Mechanik, die von der
Relativitätstheorie definiert wurde.
Die neuartige Vorrichtung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von AusfUhrungsbeispielen
naher er J fiutert .
Es zeigt schematisch
Fig. 1 in Seitenansicht die neuartige Vorrichtung und
das physikalische Prinzip eines Viertelperiode-Pendels
mit zwei nebeneinander angeordneten Stahlfedern als Energiespeicher;
Fig. 2 in Seitenansicht das physikalische Prinzip eines
Fallgerätes mit fünf nebeneinander angeordneten Stahlfedern als Energiespeicher und
Fig. 3 in Seitenansicht das physikalische Prinzip eines
horizontalen Schiebergerätes mit zwei nebeneinander angeordneten Stahlfedern als Energiespeicher.
Zunächst sei das physikalische Prinzip der Vorrichtung auf Basis eines Viertelperiode-Pendels gemäß Fig. 1 erläutert.
Der Pendelarm L mit der Pendelmasse 1 schwingt nicht im regelmäßigen Wechsel von einem Umkehrpunkt zum anderen,
wie dies beka-nnte Pendel tun. Der Pendelarm L läßt die Masse (M) 1 nur um eine Viertelperiode bewegen. Zu Beginn
des ersten Energieumwandlungszyklus wird die Masse (M) 1 auf die ausgewählte Höhe H gehoben. Durch diese
eingebrachte Arbeit hat die Masse 1 eine potentielle Energie von EP = M g H. Diese potentielle Energie En
ist die Anfangsenergie. Nach dem Freilassen fällt die
Masse 1 zum tiefsten Punkt am Kreisbogen, d.h. in Ruhelage 2, die in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist und
in der die Masse 1 die größte kinetische Energie Ek erreicht,
die sich dann wieder in potentielle Energie umsetzt, wenn Masse 1 auf die zwei Stahlfedern 3, A
stößt, die dabei ein StUck zusammengedruckt werden, wobei die kinetische Energie E), als potentielle Energie
Ep in den Stahlfedern 3, 4 in zwei Teilbeträgen gespeichert
wird. Nach dem Stoß blockieren Schiießungsmechanismen 6, 7 und 6', T die Federn 3, &Iacgr; in der zusammengedrückten
Position. Die Schließungsmechanismen bestehen aus Zahnstangen 7, T und Verrastungssperren &oacgr;, 6'.
Die Stahlfedern 3, h sind, wie ersichtlich, an einem zum Gestell 9 gehörenden Halter 5 befestigt. Am Gestell
9 ist mit einem Gelenk 8 der Pendelarm L mit der Pendelmasse 1 aufgehängt. Die Höhe H, zu der die Masse 1
zu Beginn des Zyklus gehoben wurde, wird durch Messungen des Winkels e* an der Skala 10 und dann mittels
Gleichung II errechnet:
H=L-(L cos <x ) ( II )
L = Länge des Pendelarms in m & &bgr; Winkel zwischen Pendelarm L und Ruhelage 2
Die Anfangsenergie der Masse 1 ist nun als potentielle
Energie in zwei Beträgen gespeichert, d.h., der erste Teil in Feder 3 und dar zweite Teil in Feder 4,
Hiernach folgt der irreversible Energieumwandlungsvorgang.
Der erste halbe Teilbetrag der potentiellen Energie wird von Feder 3 an Pendelmasse 1 Übertragen und
damit wieder in kinetische Energie umgewandelt. Dies geschieht, wenn der Schiiepungsmechanismus 6, 7 für die
Feder .) g' jffriet wird und die Feder .5 sich zur Masso 1
entspannt, die sich dadurch aus der Ruhelage 2 zu einer
bestimmten Höhe h| bewegt. An der Skala 10 "ird der
Winkel ck j registriert und danach die Höhe h| durch
Gleichung II ermittelt. Nachdem der Umkehrpunkt in Höhe h| erreicht ist, kehrt die Masse 1 zurück, stößt auf
die uüSHcdchrits Fsdsr 3 "rid dsr Schlis^un^sniech^nisinus
6, 7 verrastet wieder die Feder 3. Danach erfolgt der gleiche Vorgang für die Feder 4, und mit dem dabei ermittelten
Winkel <* 2 wird mit Gleichung II die Höhe h2
errechnet.
Die Vorrichtung in Fig. 1 zeigt nur zwei Stahlfedern 3,
4. Es ist jedoch auch möglich, eine Vielzahl von Federn
am Halter 5 anzuordnen und dadurch die Anfangsenergie der Masse 1 in so viele Teile zu teilen wie Federn an
Säule 5 vorhanden sind. Seifastverständiich muß man dann
den irreversiblen Vorgang so viele Male wiederholen wie
Federn am Halter 5 angebracht sind.
Nach dem bekannten reversiblen Energieumwandlungsvorgang ist zu erwarten, daß die Summe von Höhe h\ + h?
die gleiche ist wie die ursprüngliche Höhe H der Masse
1 zu Beginn des Zyklus. Die in Tabelle 1 aufgeführten experimentellen Daten beweisen jedoch, daß dies nicht
der Fall ist. Die Summe von hh + h2 ist —if 2 größer
als die ursprüngliche Höhe H.
Die experimentellen Daten in Tabelle L sind in drei
Reihen aufgeteilt. Jede Reihe präsentiert einen Test, der mit der Vorrichtung in Fig. 1 durchgeführt wurde.
Die Daten vom ersten Versuch sind mit zwei Stahlfedern 3, 4 mittels der Vorrichtung in Fig. 1 ermittelt worden.
Die Summe von hi + I12 betrug beim ersten Test
0,659 m. Die ursprungliche Höhe H war jedoch nur
0,543 m. Der experimentelle Fehler bei diesem Test lag
nur bei 3,4 %.
Versuch Nr. 2 in Tabelle 1 zeigt, daß drei Federn als
Energiespeicher benutzt wurden. Die Summe von hi + hi +
ha = 0,847 m, und die ursprüngliche Höhe H war nur
0,619 m.
Der dritte Versuch wurde mit vier Federn durchgeführt.
Die experimentellen Beispiele in Tabelle 1 sowie andere
Daten zeigen, daß die Summe von ht + h-> ... + hn gegenüber
der ursprünglichen Höhe H um ~\/ &eegr; steigt, worin &eegr;
für die Anzahl von Federn steht, die am Halter 5 angebracht sind. Gleichung III zeigt diese Beziehung quantitativ:
h-, + h2 ... hn = H ~y &eegr; (III)
Die Anfangsenergiesumme EPi in Tabelle 1 ist die potentielle
Energie, welche die Masse 1 zu Beginn des ersten Umwandlungszyklus durch die hochgehobene Masse erhalten
hat. Diese Energie wurde mittels der bekannten Glei
chung IV berechnet:
chung IV berechnet:
Ep1 = M g H ( IV )
Die potentielle Energie EP2. die am Ende des ersten Umwandlungszyklus
vorhanden ist, ergibt sich nach folgender Gleichung:
Ep2 = Mg(Ii1 th2 ... +Ji11) (V)
die in allgemeiner Form wie folgt lautet:
Ep2 = M g H -\/ &eegr; ( VI )
Ein solcher Energieumwandlungszvklus ist selbständig und man kann ihn bis zur Unendlichkeit wiederholen. Daß
dieser Energieumwandlungszyklus irreversibel ist, demonstrieren quantitativ die mathematischen Gleichungen
TTT. V und VI.
Die Daten in Tabelle 1 zeigen, daß die Energie EP2
größer ist als die Anfangsenergie EPi und es scheint,
als ob die Vorrichtung gemäß Fig. 1 selbst ein Energieerzeuger wäre, d.h., ein Perpetuum Mobile.Aus den Daten
in Tabelle 2 wird jedoch deutlich, daß dies nicht der Fall ist. Tabelle 2 zeigt die experimentellen Daten,
• · ■
die beim zweiten Eiif r gicimwand 1 ungs zyk 1 us gemessen wurden.
Der zweite Zyklus verläuft in entgegengesetzter
Richtung zum ersten Zyklus. Beim zweiten Umwand 1ungszyklus
wurde zu Beginn in jeder Stahlfeder getrennt ein
bestimmter Energiebetrag gespeichert. Dies geschieht, wenn Masse L in Fig. 1 aus der ausgewählten Höhe h] gegen
die Feder 3 stößt und der Schiießungsmechanismus 6,
7 die Feder 3 verrastet. Vorher wird jedoch die Feder 4 so zusammengedrückt, dap der Pendelarm L mit der Masse
1 nicht gleichzeitig auf die Feder 4 stoßen kann. Danach wird die Masse 1 auf die ausgewählte Höhe hi gehoben,
wob=i die Feder h wieder freigegeben ist. Anschließend
stößt die Masse 1 aus der Höhe h? gegen die Feder *♦, die vom Schließungsmechanismus 6', 7' verrastet
wird. Bei diesen zwei unabhängigen Stößen wird in den Federn 3, 4 eine bestimmte Menge an potentieller
Energie gespeichert, die mittels Gleichung IV berechnet wird. Die Pendelmasse 1 befindet sich zu diesem Zeitpunkt
in der Ruhelage 2. Wenn die Verrastungssperren 6, 61 an beiden Federn 3, 4 gleichzeitig gelöst werden,
entspannen s^-^h beide Federn gleichzeitig gegen die
Pendelmasse 1, und der Pendelarm L mit der Masse 1 bewegt sich aus der Ruhelage 2 bis zum Umkehrpunkt in
Höhe H. Die Höhe H wird wieder mittels Gleichung II berechnet .
Tabelle 2 zeigt drei Beispiele der auf diese Weise gemessenen
Daten. Die Summe von hi + h^ beim Versuch mit
zwei Federn betrug 0,646 m, wobei jedoch die errechnete
Höhe H nach Ausdehnung beider Federn 3, 4 nur 0,496 m
betrug. Dies bedeutet, die Höhe H ist —\/~2~ kleiner als
die Summe von hi + h2 . Dieser Versuch zeigt, daß der
kleinere Energiebetrag bei niedriger Geschwindigkeit der Masse an die Stelle des größeren Energiebetrages
bei höherer Geschwindigkeit der Masse tritt. Die weiteren zwei Versuche in Tabelle 2 zeigen ähnliche quantitative
Beziehungen.
Die experimentellen Daten in den Tabellen sowie andere
Daten zeigen, daß die folgende Gleichung VII die Höhe H der Pendelmasse 1 nach Beendigung dieses zweiten Energieumwandlungszyklus
definiert:
1 g n
H = ( VII )
H = ( VII )
3
&eegr;
&eegr;
Die poentielle Energie Ep1 ist von hi ·*· hi...hn nach
Gleichung V und die potentielle Energie Ept, nach Gleichung
IV errechnet. Die Resultate in Tabelle 2 zeigen, daß die potentielle Energie EPz, kleiner ist als die potentielle
Fnerige Ep1. Auf dem ersten Blick hat es infolge
der ermittelten Daten in Tabelle 2 den Anschein als wenn die Vorrichtung in Fig. 1 ein Energteverbrau-
eher ist, also das Gegenteil eines Perpetuum Mobiles.
Es entspricht jedoch nicht den Tatsachen, daß die Daten in Tabelle 1 den Nachweis für einen Energieerzeuger und
die Daten in Tabelle 2 den Nachweis für einen Energieverzehrer erbringen. Wenn man nämlich die Energien in
Tabelle 1 mit denen in Tabelle 2 vergleicht, dann ist die Energiebilanz zwischen den zwei Zyklen absolut ausgeglichen:
Ep) + Ep3 = Epi + Ep it . Warum ist dann aber
am Ende des ersten Zyklus die Summe von Ep; größer als
die Energiesumme von EP &igr; ? Diese Tatsache ist bereits
durch Gleichung I von Helmholtz geklärt, welche die Energie der Bewegung definiert. Gleichung I zeigt deutlich,
daß pro ausgewählter Einheit der Geschwindigkeit bei größerer Geschwindigkeit der Masse der Energiebetrag
größer ist als bei kleinerer Geschwindigkeit der Masse. Also: Der größere Energiebetrag wird von der
größeren Geschwindigkeit der Masse erzeugt und wird nicht aus nichts erzielt. Beim Perpetuum Mobile soll
hingegen Energie aus nichts erzeugt werden. Der zweite Zyklus läßt erkennen, daß EP<, kleiner ist als EP3. Ep*
ist der Energiebetrag, der sich für die Masse bei kleinerer Geschwindigkeit ergibt und EP3 ist der Energiebetrag
der Masse bei größerer Geschwindigkeit. Wenn diese zwei ungleichen Energiebeträge durch die in Fig. 1 dargestellte
Vorrichtung ausgetauscht werden, dann heißt das auf keinen Fall, daß ein Perpetuum Mobile vorliegt,
sondern die Vorrichtung bietet die Möglichkeit, jene
t · · · * * | • · * · |
: .* '·' " | I * · · ·» · |
zwei ungleichen Energiebeträge auszutauschen, wodurch der Energieumwandlungsvorgang irreversibel wird. Die
Vorrichtung gemäß Fig. 1 ist also imstande, den größeren Energiebetrag sozusagen anstelle des kleineren
Energiebetrages zu bringen. Ein Äquivalent zwischen jenen beiden Energiebeträgen ist selbstverständlich weder
bei dem ersten noch bei dem zweiten Umwandlungszyklus
vorhanden. Obwohl diese Tatsache aus der Leibniz-Huygens-Helmholtz-Gleichung
der kinetischen Energie klar hervorgeht, ist bis heute keine ähnliche Vorrichtung
vorgeschlagen und bis jetzt ist ein solches Energieumwandlungsverfahren
nirgendwo in der Literatur beschrieben wenden.
Die in Fig. 2 als Fallgerät dargestellte Vorrichtung stellt eine andere Alternative der irreversiblen Umwandlung
von kinetischer Energie bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten der Masse dar und läßt erkennen, daß
am Gestell 11 zwei vertikale FUhrungsstangen 12 angeordnet und mit einer Traverse 13 verbunden sind. An einer
Schiebestange 14 sind Federn 15 horizontal verschieblich
angeordnet und eine Masse 16 ist an einem Querarm 17 befestigt, der an beiden Enden Führungen 1&THgr;
aufweist, die an den Stangen 12 geführt sind. Eine Stoßstange 19 sitzt mit einer Achse 20 mittig an der
Masse 16, d.h., vertikal unter dem Schwerpunkt der Masse 16.
Zu Beginn des ersten Umwandlungszyklus wird der gesamte
Fallkörper 16, 17, 18, 19, 20 bis zur Höhe H angehoben, die an der Skala 22 ablesbar ist. Die Stoßstange 19 befindet
sich beim Stoß, wie in Fig. 2 dargestellt, in Parallellage mit der Schiebestange 14. Aus der Höhe H
fällt der gesamte Fallkörper 16 - 20 vertikal nach unten und stößt mit der Stange 19 auf die fünf nebeneinander
angeordneten Federn 15. Wenn die gesamte kinetische Energie des Fallkörpers. 16 - 20 in potentielle
Energie umgesetzt ist, dann blockieren die Schließungsmechanismen 6, 7, die an jeder Feder 15 vorgesehen
sind, jede Feder im zusammengedrückten Zustand. Die Anfangsenergie des gesamten Fallkörpers 16 - 20 wird nach
einem solchen Stoß in fünf Teile geteilt und als potentielle Energie in den Federn gespeichert. Bis dahin ist
die Energieumwandlung absoiut reversibel. Im Nachfolgenden
wird der irreversible Umwandlungsvorgang beschrieben
:
Der Fallkörper 16 - 10 wird nur etwss hochgehoben, und
die Stoßstange 19 wird um 90° um die Achse 20 gemäß Pfeil 21 gedreht. In dieser Position wird die Stoßstange
mit geeigneten, hier nicht dargestellten Mitteln fixiert. Danach wird die Feder 15' an den Schiebestangen
14 so verschoben, daß nur sie allein direkt unter
der Achse 20 steht. Die anderen Federn 15 werden, wie
(lurch F'fc le I.'! angedeutet , be i se i to geschoben . &Lgr;&eegr; —
schließend wird Kali körper 16 2Ü behutsam auf die Feder
IV gelegt, und die Verrastungssperre 6 m dieser
Feder wird gelös1:, wobei die Feder 15' den Fallkörper
16 - 20 nach oben stößt. Durch die entsprechende Beschleunigung erreicht der Fallkörper 16 - 20 die Höhe
hi, die or, der Skala 22 abgelesen. *ird. Danach fällt
der Fallkörper 16 - 20 zurlick, stößt gegen die ausgedehnte
Feder 15' und der Schließungsmechanismus 6, 7
blockiert die Feder wieder in der Position, die der in ihr gespeicherten potentiellen Tnergie entspricht. Danach
wechselt man wieder die Position dei Federn 15, d.h. , beispielsweise wird die Feder 15" in gleicher
Weise in die zentrale Position gebracht, in der vorher die Feder 15' war. Danach wird der Blockierungsmechanismus
6, 7 der Feder 15" gelöst und die Feder 15" beschleunigt den Fai!körper iö - 2ü bis zur Höhe hi. Nach
diesem Vorgang wechselt man die dritte, dann die vierte und schließlich die fünfte Feder in die zentrale Position
und nach Messung der Höhen h^, hu , hs ist der gesamte
Umwandlungszyklus beendet.
Nach diesen Messungen errechnet man mittels Gleichung IV die Anfangsenergie EP&igr; des gesamten Fallkörpers 16 20,
der zu Beginn des Zyklus auf die Höhe H gehoben wurde. Die potentielle Energie, die am Ende des ersten
Zyklus vorhanden ist, wird mittels Gleichung V oder mittels Gleichung VI berechnet.
Die mit dem Fa 11 gerät in Fig. 2 erzielten Ergebnisse
weisen den irreversiblen Energieumwandlungsvorang genauso
präzise nach wie die mit dem Viertelperiode-Pendel in Fig. 1 gemessenen Daten. Dies giit gieiuhCal1s
für Messungen beim zweiten Energieumwandlungszyklus, den man genauso durchführt wie mit der Vorrichtung gemäß
Fig. i. Man erhält dann selbstverständlich ähnliche
Daten wie in Tabelle 2. Die Geräte gemäß Fig. 1, 2 sind dem physikalischen Prinzip nach ähnlich und beide Geräte
bestätigen die allgemeine Gültigkeit der Gleichungen III, V und VI.
Eine weitere Ausfuhrungsform, die eine andere Alternative
zeigt, um die irreversible Energieumwandlung quantitativ zu messen, ist in Fig. 3 verdeutlicht, die in
horizontaler Richtung die kinetische Energie eines Körpers in potentielle Energie umwandelt. Die potentielle
Energie wird auch hier in mindestens zwei parallel zueinander angeordneten Federn gespeichert. Bei dieser
Ausführungsform ist an zwei parallelen Führungsstangen
7h des Gestelles 32 ein Schieber angeordnet. An der Querstange 26 ist eine kugelförmige Masse 25 befestigt.
Führungen 27 halten die Querstange 26 an den Führungsstangen 7h. Eine Achse 28 an der Masse 25 hält die
Stoßstange 29. In der Feder 33 wird am Anfang des Urnvand1ungszyk1
us eine bestimmte \\>mge an potentieller'
Energie gespeichert. Danach und wenn die Verrastungssperre 34 gelöst wird, setzt die Feder 33 den Schiebekörper
(25 - 30) in Pf e i 1 richtung 38 in horizontale Bewegung. Die Geschwindigkeit V des Körpers (25 - 30)
wird mittels optischer Sensoren 36. 37 in bekannter Weise gemessen. Die Sensoren 36, 37 registrieren die
Zeit, die benötigt wird, um den Weg zwischen den Sensoren 36, 37 zurückzulegen. Dafür ist am Schiebekörper
ein Geber 30 befestigt, der sich an den Sensoren 36, 37 vorbeibewegt. Wenn die Stoßstange 29 auf beide Federn
39, 40 stößt, beginnt die Umwandlung von kinetischer in potentielle Energie und die Federn 39, 40 schließen den
Blockierungsmechanismus 6, 7 gerade dann, wenn die Geschwindigkeit V Null ist. Der Schließungsmechanismus 6,
&tgr; j t?aj ir* t. r\ j—j. ~\ ~ &zgr; ~.-u *~ &lgr; — 4- ... -: « ~n /' ^% «
&igr; au OCJIi rcuci ii ~>7, tu j.ai_ vun gici^nci r-iii itxc uii &iacgr; cit
Vorrichtungen gemäß Fig. 1, 2. Nach einem solchen Stoß ist in jeder Feder 39, 40 ca. 50 % der ursprünglichen
Energie des Schiebekörpers 25 - 30 gespeichert.
Der irreversible Energieumwandlungsvorgang beginnt, wenn die potentielle Energie der Federe 39 in kinetische
Energie des Schiebekörpers (25 — 30) umgesetzt wird. Dies erfolgt, wenn die Feder 39 an der Schisbestange
41 genau gegen die Achse 28 plaziert ist. Die Feder 40 wird zunächst, wie durch Pfeil 42 angedeutet,
nach üben geschoben und die Stoßstange 29 wird 90" um
die Achse 28 in Pf ei1richtung 31 gedreht. In dieser Position
wird die Stoßstange 2 9 fixiert, was in Fig. 3
nicht dargestellt ist. Nach dieser Vorbereitung ist die Feder 39 zentral gegen die gesamte Masse des Schiebekörpers
(25 - 30) gerichtet. Der Schiießungsmechanis-Rius
&oacgr;, 7 an der Feder 39 wird geöffnet und die gespannte
Feder 39 entspannt sich, wodurch der Schiebekörper 25 - 30 bis zu der Geschwindigkeit V1 beschleunigt
wird, die abermals von den optischen Sensoren 36, 37 registriert wird. Am linken Ende der Vorrichtung
stößt der Schiebekörper (25 - 30) auf die Feder 33 und verbleibt nach Schluß der Verrastung 34, 35
im Stillstand, d.h., die erste Hälfte der potentiellen Energie ist in kinetische Energie umgesetzt.
Nach diesem Vorgang wird die Feder 39 in Pfei 1 richtung
42 an der Schiebestange 41 nach oben geschoben und die
Feder 40 wird zentral zur Achse 28 in Stellung gebracht.
Jetzt ist die Feder vorbereitet, ihre potentielle Energie an den Schiebeköiper (25 - 30) zu übertragen.
Dies geschieht, wenn Schiebekörper (25 - 30) von Hand von links nach rechts bis zum Kontakt mit der
Feder 40 verschoben wird. Anschließend läßt man die Feder 33 sich vorsichtig ausdehnen. Nun ist das „.-rät
in Fig. 3 vorbereitet, die anderen 50 % der potentiellen Energie in kinetische Energie des Schiebekörpers
• * · I
(25 - 30) umzusetzen. Dieser Vorgang verläuft genau wie der für die Feder 39 beschriebene. Bei diesem zweiten
Vorgang wird mit den optischen Sensoren 36, 3 7 die Geschwindigkeit
&ngr;; des Schiebekörpers (25 - 30) registriert. Nach dem Stoß des Schiebekörpers (25 - 30) auf
die Feder 33 endet der irreversible Energieumwandlungszyklus. Nach Beendigung des ersten Umwandlungszyklus
mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 3 folgt zunächst die Berechnung der kinetischen Energie Ek &igr; des Schiebekörpers
(25 - 30) zu Beginn des Umwandlungszyklus gemäß Gleichung I.
Die gesamte kinetische Energie Eyi des Schiebekörpers
(25 - 30) nach Beendigung des ersten Umwandlungszyklus wird mittels Gleichung VIII errechnet:
V1 + V2 ... vn
2 -&igr;
( VIII )
worin
V1, V2
V1, V2
vn = die Geschwindigkeit des Körpers
25-30 gemessen nach der Ausdehnung der
Federn 39 und 40 und weiterer Federn bis zur Zahl n.
= Anzahl der Federn an den ächiebestangen
Federn 39 und 40 und weiterer Federn bis zur Zahl n.
= Anzahl der Federn an den ächiebestangen
Die kinetische Energie Ek 2 nach Beendigung des erster
Umwand 1 iinffszykl U9 wird mit der allgemeinen Gleichung I>
berechne t:
k2
M | 3 | V | &eegr; | I | |
■1 | I 1 | ||||
I | r | ||||
2 | |||||
( IX )
worin
V = Geschwindigkeit des Körpers (25-30) in m/s zu Beginn des Energieumwandlungszyklus.
Die in diesem ersten Umwandlungszyklus gemessenen Daten zeigen dieselbe quantitative Beziehung zwischen V und
Vi, V2...vn, wie die Beziehung zwischen H und hi ,
hi...hn , die im ersten ümwandlungszyklus mittels der
Vorrichtung in Fig. 1 gemessen wurden.
Der zweite Energieumwandlungszyklus verläuft auch bei der Vorrichtung gemäß Fig. 3 entgegengesetzt zum ersten
Zyklus. Die gesamte Energie Ek 3 zu Beginn des zweiten
Zyklus ist mittels Gleichung I berechnet worden. Die gesamte Energie Ek 4 nach Beendigung des zweiten Zyklus
wird mit folgender Gleichung X errechnet:
E,
f M V2
Die im zweiten Umwandlungszyklus gemessenen Daten zeigen
dieselbe quantitative Beziehung zwischen der kinetischen Enerige Ek .1 am Anfang und der kinetischen Energie
Kk/&igr; am EnHR des Zvklus wie die Beziehung zwischen
Epn und Ep/, in Tabelle 2, deren Daten mittels der Vorig
richtung in Fig. 1 gemessen wurden.
!;; Die drei in Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Vorrichtungen
Vj machen deutlich, daß der erste und der zweite Ener-
&ngr;; gieumwandlungszyklus irreversibel sind. Mit diesen Vor—
richtungen kann man also einfach experimentell nachwei
sen, daß beim ersten Umwandlungszyklus keine Energie
! aus nichts erzeugt wird. Man überträgt lediglich den
real existierenden größeren kinetischen Energiebetrag der Masse bei größerer Geschwindigkeit zur gleichen
SS Masse bei niedrigerer Geschwindigkeit. Beim zweiten
Ei.ergieumwandlungszyklus erfolgt das Gegenteil. In beiden
Ener^ieumwandlungszyklen wird weder Energie erzeugt
noch verzehrt. Dafür liefern die bekannte Hemholtz-Gleichung I und die mittels der Vorrichtung in Fig. i,
2 und 3 gemessenen experimentellen Daten den Beweis.
L | M | H | Federn | h1 | CVJ | m | h3 | hif | V--hn | Ep1 | Ep2 | |
Wr | m | &igr; kg | m | Anzahl | m | 0,335 | m | m | m | J | J | |
1 | 1,31b | 0,792 | 0,5« | 2 | 0,321» | 0,263 | - | - | 0,659 | if,21 | 5,12 | |
2 | 1,318 | 0,792 | 0,619 | 3 | 0,288 | 0,2if7 | 0,296 | 0,8i47 | it,80 | 6,58 | ||
3 | 1,318 | 0,792 | 0,600 | if | 0,228 | 0,218 | 0,208 | 0,9D1 | if,66 | 6,99 |
TABELLE 1
1 | L | M | Federn | h1 | CvI | m | Ul | m | hif | V | ..hn | 0 | H | 5 | Ep3 | 3 | 3 | |
l\ir | 1 | rr | kg | Anzahl | m | 0,323 | _ | m | 0 | m | 6 | J | k | ,85 | ||||
1 | 1 | ,318 | D, 792 | -2 | 0, S23 | &Pgr;; 279 | 0,279 | —— 0, |
6if6 | 0 | ,it 96 | 6 | ,01 | j3/, | ||||
2 | ,318 | 0,792 | 3 | 0,279 | 0,225 | 0,225 | Q, | 837 | ,559 | 75D | ,21 | |||||||
3 | ,318 | 0,792 | U | 0,225 | 0,225 | o, | 9OD | ,5It 2 | ,98 | |||||||||
Claims (2)
1. Vorrichtung zur Messung der Umwandlung kinetischer in potentielle Energie und umgekehrt, daß die kinetische
Energie einer Masse bei größerer Geschwindigkeit in mindestens zwei nebeneinander angeordneten
Speichern als potentielle Energie in mindestens zwei Beträge geteilt, gespeichert wird
und die so getrennt gespeicherten Beträge potentieller Energie danach in mindestens zwei getrennten
Energieumwandlungsvorgängen in kinetische Energie der gleichen Masse umgesetzt und die
Bewegungsausgangs- und -endwerte der Bewegungsvorgänge gemessen werden
dadurch gekennzeichnet, daß an einem Gestell (9, 11. 32) im Stellweg der
Masse (J, 16, 25) mindestens zwei wechselweise in bezug auf die Masse in Stellung bringbare kompressible
Energiespeicher angeordnet und diese mit lösbaren Verrastungssperren (6, 7; 36, 37) ausgestattet
und daß am Gestell Meßelemente (10. 22; 36, 37) angeordnet sind.
2. Vorrichtung mich Anspruch 1,
d a d u r c Ii u c k e ii &eegr; &zgr; &ogr; i c Ii &eegr; e t ,
■ ·
• ■ • *
■ ·
fl ·
daß die Masse (1) am Gestell (9) mit einem Pendelarm (L) auslenkbar angeordnet ist und
daß am Gestell (9) ein Halter (5) unter dem Pendelarmgelenk (8) vorgesehen ist und an diesem die
mindestens zwei kompressiblen Energiespeicher in Form von Federn (3, 4) im Stellweg des Pendel armes
(L) angeordnet sind, wobei jede Feder (3. 4) mit
einer lösbaren Verrastungssperre (6, "?) versehen und längs des Pende1armstellweges eine Ableseskala
(10) angeordnet ist.
J. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (16) am Gestell (11) als vertikal
geführter Fallkörper angeordnet ist und daß am Gestell (11) unter dem Fallkörper horizontal stel-1ungsverschieblich
mindestens zwei kompr^ssible F.nergi espeicher in Form von Federn (15) im Fallweg
des Fallkörpers angeordnet sind, wobei jede Feder (15) mit einer lösbaren Verrastungssperre (6, 7)
versehen und längs des Fallweges am Gestell eine
Ableseskala (22) angeordnet ist.
<♦. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet ,
diiß die hfisr,o (23) am Gestell (32) al" horizontal
>;<■ f iilir t &igr;· &igr;- Sch i hIx.t· c-nisg«bi 1 det ist, und daß an ei-
iH'i Sr»i If-; des lies I &tgr;; I 1 fs &pgr; i n auslbsbnrer Mnergiegeber
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des bell i rIibi's fingi?ordrie I und ve &igr; I i ka 1 stel
I ungsversfjh iebl ich mindestens zwei kompress ib 1 e Energiespeicher in Form von Federn (39. 40) angeordnet sind, wobei iede Feder (39. 40) mit einet iösharfiii Vüi'raH &idiagr; iiii j<Hsj>ii i'i'ö (6< 7} vsrseiien ist ünc längs dos Schieberst&rgr; I 1weges, beabstandet voneinander &igr; Sensoren (36, 37) angeordnet sind.
I ungsversfjh iebl ich mindestens zwei kompress ib 1 e Energiespeicher in Form von Federn (39. 40) angeordnet sind, wobei iede Feder (39. 40) mit einet iösharfiii Vüi'raH &idiagr; iiii j<Hsj>ii i'i'ö (6< 7} vsrseiien ist ünc längs dos Schieberst&rgr; I 1weges, beabstandet voneinander &igr; Sensoren (36, 37) angeordnet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE8813908U DE8813908U1 (de) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | Vorrichtung zur Messung der Umwandlung von kinetischer in potentieller Energie und umgekehrt |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE8813908U DE8813908U1 (de) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | Vorrichtung zur Messung der Umwandlung von kinetischer in potentieller Energie und umgekehrt |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8813908U1 true DE8813908U1 (de) | 1989-01-05 |
Family
ID=6829609
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE8813908U Expired DE8813908U1 (de) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | Vorrichtung zur Messung der Umwandlung von kinetischer in potentieller Energie und umgekehrt |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8813908U1 (de) |
-
1988
- 1988-11-07 DE DE8813908U patent/DE8813908U1/de not_active Expired
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