DIE ZEIT

9. O K TO B E R 2 0 1 4
Thema: Energie GRAFIK 39
D I E Z E I T No 4 2
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Wir reden oft davon, dass wir Energie »verbrauchen«. Einem Physiker sträuben
sich da die Haare. Denn er weiß: Energie kann verschiedene Formen annehmen,
bleibt in der Summe aber immer gleich – so sagt es der Energieerhaltungssatz.
Wir erläutern dieses Prinzip am Beispiel eines Basketballspielers
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Die Themen der
letzten Grafiken:
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Jagd
1. Abwurf
Der Spieler verleiht dem Ball mit seiner
Muskelkraft Bewegungs­energie.
Außerdem hat der Ball schon eine gewisse
Lageenergie, weil er sich in rund drei
Meter Höhe über dem Boden befindet.
2. Höchster Punkt
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Auf dem höchsten Punkt seiner Bahn
hat der Ball seine maximale Lageenergie.
Er ist langsamer geworden, hat aber
noch einen Rest Bewegungsenergie und
fliegt weiter in Richtung Korb.
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Wetterlagen
Oktoberfest
Weitere Grafiken
im Internet:
www.zeit.de/grafik
3. Im Netz
Für einen Moment kommt der Ball
im Netz des Basketballkorbs zur Ruhe.
Die Lageenergie bleibt gleich, aber er
verliert seine gesamte Bewegungsenergie.
Ein großer Teil wird per Reibung in
Wärme umgewandelt: Sowohl der Ball
als auch das Netz werden unmerklich
wärmer.
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4. Freier Fall
Voller Kraft
Aus dem Netz bewegt sich der Ball im
freien Fall zu Boden und beschleunigt
dabei. Dabei wird seine Lageenergie
komplett* in Bewegungsenergie
umgewandelt.
Energie tritt in zahlreichen Formen auf.
Sie steckt im Handyakku, im Tank eines
Autos, in den Strahlen der Sonne, in
einem Schokoriegel, in einem gespannten
Gummiband. Die Gemeinsamkeit ist, so
kann man es vereinfacht sagen: Energie ist
die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.
Der Energieerhaltungssatz besagt:
In einem abgeschlossenen System
bleibt die Gesamtenergie konstant.
Elektrische Energie etwa wird in Motoren
in Bewegung, chemische Energie bei einer
Verbrennung in Wärme umgewandelt.
Allerdings funktioniert die Umwandlung
nicht in jede Richtung – diffuse Wärme
ist der Albtraum der Ingenieure: Sie
schaffen es nicht, diese weiter zu nutzen.
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So ist es letztlich auch in unserem ­
Basketball-Beispiel: Spielerisch gesehen
war die ­Sache ein Erfolg, der Spieler
hat ­gepunktet. Vom energetischen Standpunkt aus hat der Athlet mit seiner ­
Körperkraft ­lediglich die Umgebung
ein kleines ­bisschen erwärmt.
5. Auf dem Boden
Der Ball trifft auf den Boden. Bewegungsund Lageenergie gehen schlagartig auf
null*, der größte Teil der Energie verformt
den elastischen Ball. Gleich­zeitig erwärmt
sich der Ball aber auch. Sobald er sich wieder
entspannt, wird die Verformungsenergie
wieder zu Bewegungsenergie – der Ball
springt hoch, aus ­Bewegungs- wird Lageenergie, er fällt ­wieder herunter und so weiter. Aufgrund des Wärmeverlusts erreicht
der Ball aber jedes Mal eine geringere Höhe,
bis er irgendwann am Boden liegen bleibt.
* Man muss ein Nullniveau für die Lageenergie
festlegen – in diesem Fall ist das der Hallenboden.
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Der Energieverlauf
Bewegungsenergie
Die Energieformen des Basketballs im
Verlauf des Korbwurfs: Im Moment
des Abwurfs (Nr. 1) hat der Ball durch
seine Höhe noch viel Lageenergie, durch
den Schwung des Werfers außerdem
Bewegungsenergie. Auf dem Boden (Nr. 5)
ist beides gering, dafür entsteht Wärme.
Lageenergie
Verformungsenergie
Wärmeenergie
Illustration:
Katrin Guddat
Recherche:
Haluka Maier-Borst,
Christoph Drösser
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Quellen:
D. C. Giancoli:
»Physik«;
Spektrum: »Lexikon
der Physik«