Checkliste
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Energiearten
Ich kann verschiedene Energiearten nennen
Energiearten berechnen
Ich kann verschiedene Energieformen berechnen
Energiebegriff
Ich kenne den Begriff der Energie
Energieerhatungssatz
Ich kenne den Energieerhaltungssatz
Gesamtenergie berechnen
Ich kann die Gesamtenergie berechnen.
Kinetische Energie
Ich kenne die kinetische Energie
Potentielle Energie
Ich kenne die potentielle Energie
Spannungsenergie
Ich kenne die Spannungsenergie
Erledigt
Einheit der Energie
Ich kann die Einheit der Energie nennen.
Was ist eigentlich Energie?
Energie im physikalischen Sinne ist streng vom alltagssprachlichen Gebrauch zu unterscheiden. Im Alltag wird das eher als ein Stimmungszustand angesehen. So fallen Sätze wie "Ich hab keine Energie" oder "Wir verbrauchen zu viel Energie". Jedoch ist dies unter der Betrachtungsweise der Physik nicht korrekt.
Im physikalischen Sinne gibt Energie die Fähigkeit an, etwas zu verrichten. Dieses kann Arbeit, Strahlung, Wärme oder eine Mischform daraus sein. Dies geschieht dann, wenn eine Veränderung der Energie vorliegt. Energie ist eine Zustandsgröße.
Die Einheit der Energie ist 1 Joule, benannt nach James Prescott Joule.
Die kinetische Energie
Die kinetische Energie ist eine spezielle Form der Energie. Sie ist die Energie, die auf Grund einer Bewegung auftrtitt. Ein anderer Name dafür ist Bewegungsenergie.
Berechnet werden kann sie mit folgender Formel:
𝐸𝑘𝑖𝑛=12⋅𝑚⋅𝑣2
Eine Besonderheit hierbei ist, dass die Geschwindigkeit quadratisch eingeht, das bedeutet eine Verdopplung der Geschwindigkeiter führt zu einer Vervierfachung der Energie.
Die Einheit der Energie ist Joule, benannt nach James Prescoutt Joule:
[𝐸𝑘𝑖𝑛]=𝑘𝑔⋅(𝑚𝑠)2=𝑁⋅𝑚=𝐽
Selbsttest kinetische Energie
Selbsttest kinetische Energie
Berechnung Geschwindigkeit
Selbsttest kinetische Energie Punkte: 1
Ein Ball mit der Masse 4kg rollt mit einer Geschwindigkeit von 27m/s. Berechnen Sie die kinetische Energie.
Berechnung Geschwindigkeit Punkte: 1
Ein Elefant mit der Masse 943kg besitzt eine kinetische Energie von 116400J. Berechnen Sie seine Geschwindigkeit.
m/s Frage 2/2 ONYX 2026.05.1
Die potentielle Energie
Die ist, wie die kinetische Energie, eine spezielle Form der Energie. Sie tritt dann auf, wenn ein Körper oder ein System, Energie bezüglich Ihrer Höhenlage besitzen, beispielsweise eine Werkzeugkiste, die an einem Kran hängt. Deswegen ist ein anderer Name auch Lageenergie.
Die Formel dafür lautet:
𝐸𝑃𝑜𝑡=𝑚⋅𝑔⋅ℎ
Die Einheit ist auch hier wieder Joule:
[𝐸𝑃𝑜𝑡]=𝑘𝑔⋅𝑚𝑠2⋅𝑚=𝑁𝑚=𝐽
Zur Verdeutlichung:
Spannenergie
Dies ist eine spezielle Form der Potentiellen Energie. Das ist die Energie, die eine Feder besitzt, wenn sie gespannt oder auseinandergezogen ist.
Berechnet wird sie mit folgender Formel:
𝐸𝑆𝑝𝑎𝑛𝑛=12⋅𝐷⋅𝑠2
Die Einheit davon ist ebenso Joule:
[𝐸𝑆𝑝𝑎𝑛𝑛]=𝑁𝑚⋅𝑚2=𝑁𝑚=𝐽
Zur Verdeutlichung:
Experiment:
Dieses Experiment kennen Sie bereits aus dem Kapitel über das Hooke'sche Gesetz.
In der Mitte befindet sich der Experimentierbereich, dort stellen Sie die Masse und die Federkonstante ein. Genauso hängen Sie dort das Gewicht an die Feder. Ebenso befindet sich im unteren Bereich ein Start- und Pausenknopf und die Geschwindigkeitseinstellungen.
Auf der rechten Seite können Sie die Gravitation, die Dämpfung und diverse Linien einstellen. Darunter befindet sich Lineal und Stoppuhr.
Auf der linken Seite befinden sich die einzelnen Energien. Diese unterteilen sich in die kinetische Energie KE, potentielle Energie der Erde PEgrav, potentielle Energie der Feder (Federspannenergie) PESpann, die thermische Energie Etherm und die gesamte Energie Etotal. Das Feld ist durch die Lupensymbole skalierbar.
Aufgabenstellung:
Stellen Sie einen Idealzustand her, indem Sie auf Pause stellen, die Gravitation auf keine stellen und die Dämpfung auf keine stellen. Aktivieren Sie zudem die Linie Auslenkung.
Formulieren Sie einen je-desto-Satz über den Einfluss der Auslenkung auf die Federspannenergie.
Formulieren Sie einen je-desto-Satz über den Einfluss der Federkonstante auf die Federspannenergie.
Formulieren Sie einen Satz über den Einfluss der Masse auf die Federspannenergie.
Formulieren Sie einen Satz über den Einfluss der Gravitation auf die Federspannenergie. (Sie dürfen den Regeler Gravitation nun bewegen)
Hier geht es zur Simulation
https://phet.colorado.edu/sims/html/masses-and-springs/latest/masses-and-springs_all.html?locale=de
Selbsttest Federspannenergie
Neue Sektion
Federspannenergie
Berechnung Federspannenergie E_Spann
Berechnung Federspannenergie s
Federspannenergie Punkte: 1
Kreuzen Sie die Abhängigkeiten der Federspannenergie in einem reibungsfreien, idealisierten Zustand an. Antwortmöglichkeiten der Auswahlaufgabe
Auslenkungsweg
Gravitation
Federkonstante
Masse
Berechnung Federspannenergie E_Spann Punkte: 1
An eine Feder mit der Federkonstante von D= 1,1 𝑁𝑚 wird eine Masse von m= 280g gehangen. Aus der Ruhelage wird die Feder um eine Strecke s=71cm ausgelängt. Berechnen Sie die Federspannenergie der Feder. 𝐸𝑆𝑝𝑎𝑛𝑛 = J. (3 Nachkommastellen) Frage 2/3
Berechnung Federspannenergie s Punkte: 1
Sie haben eine Federspannenergie von 𝐸𝑆𝑝𝑎𝑛𝑛 =0,88J. Die Federkosntante Ihrer Feder ist D=2,20 𝑁𝑚 . Berechnen Sie die Auslenkung in cm. Frage 3/3
In einem idealisierten abgeschlossenen System findet keine Wechselwirkung mit der Außenwelt statt. In so einem Fall gilt der Energieerhaltungssatz (EES). Das bedeutet die Gesamtenergie bleibt im System erhalten und wird lediglich in eine andere Energieform umgewandelt.
Damit kann gerechnet werden, wenn die Energieformen gleichgesetzt werden, beispielsweise:
𝐸𝐾𝑖𝑛=𝐸𝑃𝑜𝑡
Experiment:
Aufgabenstellung:
Öffnen Sie die Übersicht der Energien. Gehen Sie dabei auf das grüne Plus oben links.
Ziehen Sie als nächstes die Skaterin auf die Halfpipe und lassen Sie die Skaterin los.
Beobachten Sie den Energiebalken der kinetischen Energie. An welchen Punkten ist dieser am Größten beziehungsweise am Kleinsten. Notieren Sie sich Ihre Beobachtung.
Beobachten Sie den Energiebalken der potentiellen Energie. An welchen Punkten ist dieser am Größten beziehungsweise am Kleinsten. Notieren Sie sich Ihre Beobachtung.
Beobachten Sie den Energiebalken der Gesamtenergie. Notieren Sie sich Ihre Beobachtung.
Vergrößern Sie als nächstes die Gravitation. Beobachten Sie die Gesamtenergie. Formulieren Sie einen je-desto-Satz.
Verringern Sie als nächstes die Masse der Skaterin. Formulieren Sie einen je-desto-Satz in Bezug auf die Gesamtenergie.
Gehen Sie unten auf das nächste Experiment "Messen", unten in der Mitte. Dies sieht wie folgt aus:
Ziehen Sie die Skaterin wieder auf die Halfpipe und lassen Sie sie los.
Führen Sie als nächstes die Lupe auf einen der blauen Punkte, die die Skaterin hinter sich herzieht (Tipp: Um den Punkt leichter einfangen zu können, stoppen Sie die Simulation). Überprüfen Sie den Energieerhaltungssatz und berechnen Sie die Gesamtenergie.
https://phet.colorado.edu/sims/html/energy-skate-park/latest/energy-skate-park_all.html?locale=de