Specht

Der herabsteigende Specht ist eine Veranschaulichung des Energieerhaltungssatzes. Durch den Abstieg auf dem Stab und durch das fleißige Rumpicken verbraucht er seine potenzielle Energie, um seine Pendelbewegung Aufrecht zu erhalten.

Wird der Specht ausgelenkt, dehnt sich die Feder und bringt den Specht in eine Pendelbewegung, wenn sie man ihn wieder loslässt. In einem bestimmten Moment steht der Ring parallel zum Stab. In diesem Moment rutscht der Specht nach unten, wobei er gleichzeitig seine Pendelbewegung fortsetzt. Die Trägheit des Spechts bewirkt, dass sich die Feder in die entgegen gesetzte Richtung biegt, und der ganze Zyklus wiederholt sich bis zu dem Moment, in dem der Specht das untere Ende des Stabs erreicht.

In diesem Spielzeug wird der anfängliche Vorrat an potenzieller Energie, die von der Höhe abhängt, schrittweise aufgebraucht und wird abwechselnd in die kinetische Energie des Spechts und in die Spannenergie der Feder umgewandelt. Im Endeffekt wird der anfängliche Vorrat an potenzieller Energie auf Grund der Reibung am Stab in Wärme umgewandelt.

Warum bewegt sich der Specht gleichförmig, obwohl er eigentlich runterfällt?

Wir haben es hier mit dem Phänomen des dynamischen Energieverlustes zu tun (Dissipation). In einem Bewegungszyklus wird die zusätzliche Menge an kinetischer Energie des Spechts, die aus dem Verlust seiner potenziellen Energie gewonnen wird, vollständig umgewandelt in Arbeit, die Reibungskräften (zwischen Ring und Stab, innere Reibung der Feder, Schwingungen der Grundlage usw.) entgegen wirkt, also in Wärme.

Ferner besitzt ein genau abgewogener Specht eine charakteristische Abstiegsgeschwindigkeit in einem einzelnen Zyklus. Je schneller der Specht nach unten "rutscht", desto stärker wird die Feder beansprucht, desto schneller schwingt der Specht und desto größer der Druck auf den runterrutschenden Ring. Dadurch wird die Reibung größer und somit die Geschwindigkeit im nächsten Zyklus kleiner.

Selbstverständlich wird ein schlecht hergestellter oder ein zu Beginn nicht richtig angeschaukelter Specht nach unten runterrutschen, ohne zu picken.