Was ist kinetische,potentielle und Federenergie?
Ich schreibe bald eine Klausur über diese Themen. Mit Beispielen wie Bungeespringen und Raktenestart. Kann mir jemand diese Themen kurz und knapp erklären?
4 Antworten
potentielle Energie (Lageenergie) Epot=m*g*h
Als Bezugsebene wählt man meistens die Erdoberfläche.Hier ist Epot=0
Man kann auch andere Bezugsebenen wählen,aber zweckmäße wählt man diese so,daß Epot nur positive Zahle annimmt.
Beim Springer nimmt man als Bezugsebene die Werdoberfläche.
also Energie des Springers ganz oben Epot=m*g*h
nun springt er und dabei wird die Energie in "kinetische Energie" (Bewegungsenergie) umgewandelt
Formel: Ekin=1/2*m*v^2
kommt der Springer unten an,so hat er die kinetische Energie
Ekin=Epot
1/2*m*v^2=m*g*h ergibt die Geschwindigkeit
v=Wurzel(g*h*2)
nun wird diese Energie in das Seil gespeichert
ddies ist die Spannenergie die man auch als Federarbeit bezeichnet
Federkraft Ff=D*s siehe Physik-Formelbuch
Spannarbeit ist W=F*s
in differentieller Schreibweise dw=F*ds=Ff*ds=D*s*ds nun integrieren
Integra(dw)=Integral(D*s*ds)
W=1/2*D*s^2+C
meistens ist bei s=0 auch W=0 dann ist die Integrationskonstante C=0
ergibt dann
Wf=1/2*D*S^2
Wf=federspannarbeit in Nm (Newton mal Meter)
D=Federkonstante in N/m (Newton pro Meter)
s=Federweg in m (Meter)
also wird die potenzielle Energie des Sringers Epot=m*g*h in die Federspannarbeit umgewandelt
Wf=Epot
1/2*D*s^2=m*g*h
s=Wurzel(m*g*h*2/D) dies ist die Längenänderung des Seils
Es gibt verschiedene Formen der Energie. Prinzipiell gilt, dass Energie in einem abgeschlossenen System weder gewonnen noch verloren gehen kann. Energie kann sich aber von einer in eine andere Form umwandeln. Das ist der Energieerhaltungssatz. Potentielle Energie ist die Energie der Lage, also gewissermaßen Energie der “Höhe“. Wenn Du auf einer Brücke oder einen Turm stehst, hast Du potentielle Energie. Diese ist umso größer, je höher Du stehst und je mehr Masse Du hast. Kinetische Energie ist Energie der Bewegung. Diese ist umso größer, je schneller man sich bewegt und je mehr Masse man hat. Wenn du mit einem Gummiseil am Fuß vom Turm springst, wird Deine potentielle Energie wärend des Sprungs allmählich in kinetische umgewandelt, indem Du an Höhe verlierst, dafür aber an Geschwindigkeit gewinnst. Spann- oder Federenergie entsteht, wenn eine Feder oder ein Gummi gedehnt wird. Sie ist umso größer, je härter die Feder ist, je weiter sie gedehnt wird und je größer die Masse ist. Wenn das Gummiseil dann gespannt wird (beim Sprung nach unten), wandelt sich die kinetische Energie in Federenergie um, indem Du wieder langsamer wirst und dafür das Seil gespannt wird. Das pendelt, dann noch einige Male hin und her, wobei sich die oben genannten Formen ineinander umwandeln, aber zusätzlich noch in thermische Energie umgewandelt wird, was bedeutet, dass sich das Seil und dann die Umgebung erwärmt. Wenn die gesamte Energie in thermische umgewandelt ist, kommt es zur Ruhe.
Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.
kinetische Energie: Jeder Körper, der eine Masse hat und sich bewegt, besitzt kinetische Energie.
E_kin = 1/2 * m * v^2
Federenergie: Jede Feder (und damit jeder Körper der sich an ihr befindet) hat Federeergie, wenn sie aus ihrer Ausgangslage ausgelenkt, d.h. gedehnt oder gestaucht wird.
E_Feder = 1/2 * k * x^2
k ist dabei die Federkonstante. Die gibt dir quasi an, wie hart bzw. weich eine Feder Ist bzw. wie leicht oder schwer sie sich stauchen bzw. dehnen lässt. x ist die Auslenkung aus der Ruhelage.
potentielle Energie: Energie, die ein Körper aufgrund seiner "Position im System" hat. Wenn du noch zur Schule gehst, dann bezieht man sich hierbei normalerweise auf die potentielle Energie, die durch die Gravotationskraft der Erde zustande kommt.
E_pot = m * g * h
Beispiele:
- Du hältst einen Körper hoch. --> potentielle Energie: wenn du loslässt, dann fällt der Körper runter, weil er von der Erde angezogen wird.
- Ein Auto fährt auf der Straße --> kinetische Energie: das Auto bewegt sich, es hat eine Geschwindigkeit
- Ein Kugelschreiber wird "aufgemacht" --> Federnergie: die Feder wird gestaucht und wird in ihre Ausgangslage zurückkehren, sobald keine Kraft mehr wirkt.
Google hilft gern aus, die Initiative ergreifen musst du schon selbst.
"Die potentielle Energie (auch potenzielleoder Lageenergie genannt) beschreibt die Energie eines physikalischen Systems, die durch seine Lage in einem Kraftfeld [...] bestimmt wird.
Beispielsweise ist in einem Schwerefeld „potentielle Energie“ jene Energie, die ein Körper durch seine Höhenlage hat: Wenn ein Stein aus 20 Meter Höhe herabfällt, hat er doppelt so viel Arbeitsfähigkeit wie bei 10 Metern Fallhöhe. Während des Falls wird die potentielle Energie in kinetische Energie oder andere Energieformen umgewandelt und verringert sich. In Wasserkraftwerken kann man potentielle Energie des Wassers eines Stausees in elektrische Energie umwandeln."
https://de.m.wikipedia.org/wiki/Potentielle_Energie
"Die kinetische Energie (von griechisch kinesis = Bewegung) oder auch Bewegungsenergieoder selten Geschwindigkeitsenergie ist die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Bewegung enthält. Sie entspricht der Arbeit, die aufgewendet werden muss, um das Objekt aus der Ruhe in die momentane Bewegung zu versetzen. Sie hängt von der Masse und der Geschwindigkeit des bewegten Körpers ab."