Sådan spiller du Fjederkatapult
- Vælg et forsøg, og læs fjederen, sammentrykningen og det, den skyder af, på kortet.
- Fjederen gemmer ½·k·x², med x i meter. Uden gnidning bliver det hele til bevægelse eller højde.
- Skriv din forudsigelse, og tryk på Start. Et orange mærke viser din fart, højde eller sammentrykning.
- Følg energisøjlerne: summen er den samme, mens energien går fra fjeder til bevægelse til højde.
Hvor meget energi gemmer en fjeder?
Jo længere du trykker en fjeder sammen, jo mere kraft skal der til, F = k·x, så det arbejde, du udfører, den gemte energi, er arealet under den voksende kraft: ½·k·x². Når du slipper, giver fjederen energien videre til det, den skubber. På et vandret bord bliver det hele til bevægelse, ½·m·v², så affyringsfarten er v = x·√(k ÷ m). Rettet opad bliver bevægelsen til højde, mens genstanden stiger, indtil m·g·h er lige så stor som det, fjederen gemte. Fordi energien går med kvadratet på sammentrykningen, gemmer dobbelt så lang sammentrykning fire gange så meget energi og sender en raket fire gange så højt. Det virker også omvendt: en vogn, der kører ind i en fjederbuffer, trykker den sammen, til al bevægelsesenergien er gemt, og så skubber fjederen den tilbage. Buer, katapulter, pogostokke og trampoliner gemmer energi sådan, og buffere for enden af sporet fanger tog på samme måde.
En afgrænset læringsmodel
Der er ingen gnidning eller luftmodstand, og fjedrene har ingen masse. Højder måles fra der, hvor raketten står på den sammentrykkede fjeder, og skubbet varer kun nogle hundrededele af et sekund, for hurtigt til at vise. Flipperbordet er vandret, og banen er 4 m lang. De to raketter kører 1,5 gange hurtigere og vognen i halv fart, så du kan se fjederen trykkes sammen. Svar inden for 2 % er rigtige. g = 9,8 m/s².