In diesem Beitrag definiere ich die Begriffe Leistung, Energie, Ladeenergie, Spannenergie. Dazu stelle ich Versuche für den Physikunterricht und Rechenbeispiele vor. Außerdem erkläre ich, wie ein Pumpspeicherwerk als Energiespeicher dient. Zuletzt erkläre ich anhand einer Achterbahn, was Energieumwandlung ist.
- Leistung, Versuche, Definition und Rechenbeispiel
- Energie, Versuche, Definition und Rechenbeispiel
- Pumpspeicherwerk als Energiespeicher und Energieumwandlung
Leistung
Versuche:
- Mehrere Schüler stemmen eine 5 kg Masse. Dabei messen wir die Zeit und die Anzahl der Hübe.
- Oder sie laufen Treppen hoch.
Legt eine Tabelle an und tragt Gewicht, Zeit und Treppenhöhe ein!
Wer hat gewonnen, wer leistet am meisten?
Definition Leistung in der Physik:
Die Leistung gibt an, wie schnell eine Arbeit verrichtet wird.
Wir berechnen sie, indem wir die Arbeit durch die Zeit, in der sie verrichtet wurde, teilen:
P = W / t. Die Einheit der Leistung ist 1 Watt.
Früher hat man in PS = Pferdestärke gerechnet.
1 PS wurde definiert als die Leistung, die erbracht werden muss um 75 kg in 1 Sekunde um 1 Meter anheben.
Umrechnung: 1 Ps = 736 W 1 kW = 1,36 Ps
Formel zur Berechnung der Leistung in der Physik:
Unterschiedliche Leistungen
Rechenbeispiel:
Hans und Uwe sind gleich schwer ( m = 50 kg F = 500 N ).
Beide klettern ein Kletterseit hoch, deren Höhe beträt beträgt h = 6 m.
Hans braucht 30 s. Uwe braucht 60 s. Wer ist besser ?
Energie
Was verstehst du unter Energie?
Versuch:
Eine Kugel rollt auf einer schiefen Ebene, die auf unterschiedliche Höhe eingestellt werden kann gegen einen Klotz. Der Stoß verschiebt den Klotz .
Arbeit = Kraft mal Weg. Wovon hängt die Stoßkraft der Kugel ab?
Versuche:
Wir ziehen die Feder eines Spielzeugautos auf und lassen es fahren.
Wasser fließt duch eine Turbine und treibt diese an.
Definition der Energie in der Physik
Die Fähigkeit eines Körpers Arbeit zu verrichten heißt Energie.
Wovon hängt die Energie eines Körpers ab?
Lageenergie
Um einen Körper anzuheben müssen wir Arbeit aufbringen. Der angehobene Körper speichert diese Arbeit. Lässt man den Körper fallen oder herunterrollen, so wird die von ihm gespeicherte Energie wieder freigegeben, er kann Arbeit verrichten. Er hat Bewegungsenergie.
Spannenergie
Wenn wir eine Feder aufziehen, so speichert sie Spannenergie.
In welcher Einheit messen wir die Energie?
Die von einem hochgehobenen Körper gespeicherte Energie ist genauso groß, wie die Arbeit, die für das Hochheben nötig war. Deshalb ist es sinnvoll, für die Energie die gleiche Einheit wie für die Arbeit zu verwenden. ( Nm, Ws, J ).
Rechenbeispiel zur Berechnung der Energie in der Physik
Ein Stein der Masse m = 100 kg befindet sich auf einer 50 m hohen Felswand. Welche Energie wird frei, wenn er herunterfällt?
Rechenbeispiel
Wenn man mit einem Bogen einen Pfeil der Masse 50g 50m senkrecht nach oben schießt,
wie groß ist die Spannenergie in dem Bogen?
Pumpspeicherwerk als Energiespeicher
Wenn ein Kraftwerk mehr Energie produziert als momentan verbraucht wird, kann man mit der überschüssigen Energie Wasser einen Berg hoch pumpen. Wenn man später mehr Energie braucht, als das Kraftwerk produziert, kann man das Wasser durch eine Turbine laufen lassen und dadurch wieder Energie produzieren.
Energieumwandlung
Wie funktioniert eine Achterbahn?
Wo bewegt sich der Wagen mit der größten Geschwindigkeit?
Wie hoch darf der 2. Berg höchstens sein?
Warum kommt der Wagen irgendwann doch zum Stillstand?
Welche Energieumwandlungen finden statt?
Warum darf der 2. Berg nicht genauso hoch sein wie der 1. Berg?
Wie funktioniert ein Trampolin?
Wann und wo finden welche Energieumwandlungen statt?
Versuch:
Wir beobachten die Energie an einem Federpendel, einem Jo-Jo und einem Pendel am Seil. Wann hört die Bewegung auf?
Wo bleibt die Bewegungsenergie vom Fahrrad, wenn du einen Berg hinunter fährst und dabei auf die Bremse trittst?
Merke:
Energie geht nie verloren, sie wird immer nur in eine andere Form umgewandelt. Wärme ist auch Energie.
Hier finden Sie eine Übersicht über weitere Beiträge zum Thema Mechanik, Festkörper und Flüssigkeiten, darin auch Links zu Aufgaben.