Mechanische Energien - Energie, Physikübungen

Energieformen, Energieerhaltung, Energieumwandlung - Gesamtaufgabenbestand (lehrplanunabhängig)

Hilfe
  • Energieformen:
    Mechanische Energie
    • kinetische Energie (Bewegungsenergie): Ein Körper bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v.
    • Höhenenergie: Ein Körper befindet sich in der Höhe h über dem Bezugsniveau.
    • Spannenergie: Ein Körper ist gespannt oder gestaucht.
    Innere Energie
    • thermische Energie: Ein Körper besitzt innere kinetische Energie aufgrund seiner Temperatur.
    • Bindungsenergie:
      Wärmelehre: Die Bindungsenergie wird benötigt um einen Aggregatszustandswechsel zu ermöglichen.
      Kernphysik: Die Bindungsenergie wird beim Zusammenbau eines Kerns aus seinen Einzelbausteinen frei.
    Elektrische Energie: In elektrischen Stromkreisen strömt elektrische Energie von der Elektrizitätsquelle zu den elektrischen Geräten und Bauteilen.
    Strahlungsenergie: Die Sonne sendet Strahlungsenergie aus.

    Die Energieformen können umgewandelt und auf andere Körper übertragen werden.

Kreuze die vorhandene(n) Energieform(en) an, die an der Position des Bungeespringers ihren maximalen Wert erreichen.

  • Position 1
    graphik
    Energieform
    Maximal
    Höhenenergie
    Spannenergie
    Kinetische Energie
    Notizfeld
    Notizfeld
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keine Berechtigung
Energieformen:
Mechanische Energie
  • kinetische Energie (Bewegungsenergie): Ein Körper bewegt sich mit einer Geschwindigkeit v.
  • Höhenenergie: Ein Körper befindet sich in der Höhe h über dem Bezugsniveau.
  • Spannenergie: Ein Körper ist gespannt oder gestaucht.
Innere Energie
  • thermische Energie: Ein Körper besitzt innere kinetische Energie aufgrund seiner Temperatur.
  • Bindungsenergie:
    Wärmelehre: Die Bindungsenergie wird benötigt um einen Aggregatszustandswechsel zu ermöglichen.
    Kernphysik: Die Bindungsenergie wird beim Zusammenbau eines Kerns aus seinen Einzelbausteinen frei.
Elektrische Energie: In elektrischen Stromkreisen strömt elektrische Energie von der Elektrizitätsquelle zu den elektrischen Geräten und Bauteilen.
Strahlungsenergie: Die Sonne sendet Strahlungsenergie aus.

Die Energieformen können umgewandelt und auf andere Körper übertragen werden.
Beispiel 1
Ordne die passende Energieumwandlung zu.
graphik
Beispiel 2
Kreuze die vorhandene(n) Energieform(en) des Pendels an.
Position 1
graphik
Energieform
Kreuz
Höhenenergie
▇
Kinetische Energie
▇
Ein Körper besitzt Höhenenergie bzw. potentielle Energie, wenn er sich in der Höhe h über dem Bezugsniveau befindet.
Formelsymbol Formel Einheit
EH =Epot m∙g∙h Joule (J)
Beispiel
Die Höhenenergie eines Apfels, der an einem 
1,7
 
m
 hohen Ast hängt beträgt 
3,3
 
J
. Berechne die Masse des Apfels.
Ein Körper besitzt kinetische Energie bzw. Bewegungsenergie, wenn er sich mit der Geschwindigkeit v bewegt.
Formelsymbol Formel Einheit
Ekin 1/2 · m · v2 Joule (J)
Beispiel
Eine Rakete der Masse 
3000
 
t
 besitzt bei ihrem Start eine kinetische Energie von 
6000
 
MJ
. Berechne ihre Geschwindigkeit.
Energieerhaltungssatz
In einem abgeschlossenen System kann Energie von einer Form in eine andere umgewandelt oder von einem Teil des Systems auf einen anderen übertragen werden. Die Summe aller Energien (=Gesamtenergie) in diesem System bleibt konstant.
EGes,vorher = EGes,nachher
Beispiel
Ein Koffer der Masse 
m
=
20
 
kg
 fällt aus der Höhe 
h
=
100
 
m
 aus einem Flugzeug. Stelle den Energieerhaltungssatz auf und berechne die Auftreffgeschwindigkeit. (Die Reibung kann bei der Aufgabe vernachlässigt werden.)
Energiebilanz
Bei Energieumwandlungen kann es sein, dass ein Körper vor und/oder nach der Energieumwandlung nicht nur eine Energieform besitzt. Um diese Aufgaben zu lösen, sollte zu Beginn der Rechnung eine Energiebilanz aufgestellt werden.
Beispiel:
Die Höhenenergie eines Körpers wandelt sich nur zum Teil in kinetische Energie des Körpers um.
EAnfang = EEnde
EH,1 = EH,2 + EKin,2
Beispiel
graphik
Ein 
45
 
kg
 schwerer Skateboardfahrer startet aus der Position 1 bei 
h
=
6,0
 
m
. Berechne mit Hilfe des Energieerhaltungssatzes seine Geschwindigkeit in der Position 3 (
h
=
3,0
 
m
).