Potenzielle und kinetische Energie berechnen und umrechnen

Energie - Was ist das?

Kräfte und Arbeiten - Maßeinheiten

Energie der Lage oder potenzielle Energie steckt zum Beispiel in hochgehobenen Körpern:
In Dachziegeln, im hochgepumpten Wasser, in Satelliten, ....

Bewegungsenergie oder kinetische Energie steckt in der Bewegung von Körpern:
In Zügen, Autos, Flugzeugen, ....
Die kinetische Energie wird mit folgender Formel berechnet:

W (kin) = ½mv²

Die Maßeinheiten für die Energie sind dieselben wie die der Arbeit.

Ideen für mögliche, selbstorganisierte
Übungen

Beispielrechnung 1:

W(pot)
= 40kg · 9,81m/s² · 5m
= 1962kg·m·m/s²
= 1962m²·kg/s²
= 1962 Nm = 1962 J
(Für m·kg gilt das Vertauschungsgesetz)

Beispielrechnung 2:
W(pot)
= 1000kg · 9,81m/s² · 40m
= 9810 kgm/s² · 40m
= 392 400 Nm

Nehmen wir an, ihr wiegt 40 kg und ihr springt von einem 5 Meter-Brett ins Wasser. Welche potenzielle Energie steckt dann in eurem Körper?
(siehe Beispielrechnung 1 in der linken Spalte)
Welche potenzielle Energie steckt in einem Kubikmeter Wasser, das 40 m hochgepumpt worden ist?
(siehe Beispielrechnung 2 in der linken Spalte)
Welche potenzielle Energie steckt in einem Dachziegel oder gar in dem gesamten Dach? Schätzt und berechnet die Energie!
Welche potenzielle Energie steckt in einem Flugzeug, das in 10 000 Meter Höhe fliegt? Schätzt die potenzielle Energie!
Welche potenzielle Energie steckt in der Raumstation oder in Satelliten, die die Erde umkreisen? Schätzt die potenzielle Energie!
Lebensmittel sind Brennstoff für den menschlichen Körper. Stelle eine Tabelle mit Nährwerten in Joule zusammen.

Beispielrechnung 3:

Zunächst rechnen wir die Geschwindigkeit in m/s um. 100km/h = 100 000m/h
= 27,77m/s.
Das Auto besitzt also eine kinetische Energie von
W(kin)
= ½ · 1200kg · (27,77m/s)²
= 600 · 27,77² · m² · kg/s²
= 462 703,74 Nm,
da 1 N = 1mkg/s²

Nehmen wir an, ein Auto mit einem Gewicht von 1200kg fährt mit 100km/h. Welche kinetische Energie steckt in diesem Auto? (siehe Beispielrechnung 3 in der linken Spalte)
Was geschieht mit der Bewegungsenergie eines Fahrrades beim Bremsen?
Welche kinetische Energie steckt in der Raumstation oder in einem Satelliten, die täglich einmal die Erde umkreisen? (Berechnet zuerst die Geschwindigkeit, mit der die Satelliten die Erde umkreisen.)

Legt ggf. eine Excel-Tabelle an, in der für unterschiedliche Geschwindigkeiten die kinetischen Energien berechnet werden. Zeichnet ein Liniendiagramm.

Potenzielle und kinetische Energie - Maßeinheiten