3.2. Potentielle und kinetische Energie

3.2. Potentielle und kinetische Energie
Frage: Was wird mit der Arbeit, die an einem Körper oder einem System
von Massen verrichtet wurde?
Wir stellen fest: Wird an einem Körper durch eine äußere Kraft Arbeit
verrichtet, hat dies eine Veränderung eines Zustandes zur Folge.
Arbeit als Prozess -> Zustandsänderung als Folge
Diese Zustandsänderung kann sein:
• eine Veränderung seiner Lage (Hubarbeit, siehe Beispiel 1)
 eine Veränderung seines Bewegungszustandes
(Beschleunigungsarbeit, siehe Beispiel 5)
 eine Veränderung seiner Form (Federspannarbeit, siehe
Beispiel 4)
o Bei Rückkehr in die ursprüngliche Lage oder Abbremsung oder
Entspannung der Feder kann wieder Arbeit verrichtet werden.
o Bei dissipativen Kräften (Reibung, siehe Beispiel 6) wird die
aufgewendete Arbeit in Wärmeenergie verwandelt. Es gibt
keine Fähigkeit des Körpers, Arbeit zu verrichten
.
Die dem Körper durch Wirken einer konservativen Kraft (in einem
Potentialfeld) zugeführte Arbeit wird in diesem vorübergehend
gespeichert.
Die gespeicherte Arbeit nennt man Energie.
Die Energie kennzeichnet das in einem Körper oder einem
System von Körpern enthaltene Arbeitsvermögen.
Wir können also auch sagen:
Eine an einem Körper durch eine konservative Kraft verrichtete Arbeit verändert
die Energie des Körpers um den gleichen Betrag, wobei diese Änderung
entweder in einer Änderung des Bewegungszustandes (Beschleunigungsarbeit,
siehe Beispiel 4) oder in einer Änderung der Lage oder Form
(Verschiebungsarbeit, siehe Beispiel 2, Verformungsarbeit) besteht. Im ersten Fall
wird die verrichtete Arbeit als kinetische Energie gespeichert. Kinetisch deshalb,
weil diese Energieform nur auftritt, wenn sich die Masse bewegt.
Im zweiten Fall wird die verrichtete Arbeit als potentielle Energie gespeichert.
Potentiell deshalb, weil diese Energie ggf. für einen späteren Versuch / Gebrauch
zur Verfügung steht. Das Arbeitsvermögen (AV), welches in einem Körper
aufgrund seiner Lage (in einem Potentialfeld<Gravitationsfeld, elektrisches Feld>)
oder nach einer elastischen Verformung ist, bezeichnet man als potentielle
Energie.
Achtung! Es wird nur dann potentielle Energie angehäuft, wenn die wirkenden
Kräfte konservative (Potential-)Kräfte sind, d. h. die verrichtete Arbeit unabhängig
vom Weg ist.