6.3 Energieerhaltung

Energieerhaltungssatz:

Energie kann nicht erzeugt oder vernichtet werden, sie kann nur von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden.

Das scheint auf den ersten Blick unseren Erfahrungen zu widersprechen, da ja im Alltag ständig von Energieverbrauch geredet wird. Aber Energieverbrauch heißt nur Verbrauch von elektrischer Energie, die zum Beispiel in Form von Licht, Wärme oder Bewegungsenergie umgesetzt wird. Oder beim Auto wird die chemische Energie des Kraftstoffes verbraucht. Dabei wird Bewegungsenergie und Wärme erzeugt.

Anwendung des Energieerhaltungssatzes

Bei der Anwendung des Energieerhaltungssatzes sieht man sich einen physikalischen Prozess an und vergleicht möglichst extreme Verteilungen der Energie:
Beispiel:
Wenn ein Schwimmer auf dem 5 m-Brett steht und herunterspringen will, dann hat er oben auf dem Brett reine Lageenergie also keine kinetische Energie.
Springt er hinunter, dann wandelt sich die Lageenergie Stück für Stück in Bewegungsenergie um, d.h. der Schwimmer wird beim Fallen immer schneller. Die Summe aus Lage- und Bewegungsenergie ist aber zu jeder Sekunde gleich groß, man sagt auch konstant.
Wenn man z.B. berechnen möchte, wie schnell der Springer ist, wenn er nach 5m Flug auf die Wasseroberfläche stößt, dann kann man die Energie zu Anfang des Sprunges mit der Energie am Ende des Sprunges vergleichen:

Vor dem Losspringen ist die Energie des Springers reine Lageenergie.
Beim Aufprall auf die Wasseroberfläche ist die Lageenergie verbraucht. Sie hat sich vollständig in kinetische Energie verandelt. Also ist hier
Man kann diese beiden Energien also gleichsetzen. Sie beschreiben zwar völlig unterschiedliche Zeitpunkte unseres Experimentes "Springen vom 5m-Turm", aber wegen des Energieerhaltungssatzes wissen wir, dass diese beiden Energien gleich sein müssen:

Stellt man diese Gleichung nach v um , so erhält man die Geschwindigkeit, mit der der Schwimmer auf das Wasser trifft.

Aufgaben

Berechne, wie schnell der Springer im oben genannten Beispiel auf die Wasseroberfläche trifft.
Berechne aus welcher Höhe ein Springer abspringen müsste, um mit 100 km/h auf die Wasseroberfläche zu treffen.
Eine Metallkugel mit einer Masse von m=0,5kg rollt einen Hang von 30 cm Höhe hinunter. Wie schnell rollt sie, wenn sie unten angekommen ist? (Reibung wird hier vernachlässigt) (Lösung)

Backlinks:
2 Physikbücher:BGPhysik11-EP:6 Arbeit und Energie