Karteikarten - Energieerhaltung - Schulen

M
Energieerhaltung
Begründen
EE/1
Lösung: Wo bleibt die Energie
EE/1
Die Kohle verbrennt nicht heißer.
Sie brennt auch nicht länger.
Aber die Verbrennungsprodukte besitzen bei ihrer Entstehung eine um 10m
erhöhte Lage. Sie weisen daher eine potenzielle Energie auf, die um die selbe
Energiedifferenz erhöht ist, wie die Lageenergie der Kohle
Wo bleibt die Energie
Trägt man einen Eimer mit Kohle (5kg) aus dem Keller in den dritten Stock
(Höhenunterschied rund 10m) erhöht sich die potenzielle Energie
(=Lageenergie) der Kohle um etwa 500 J
(Gewichtskraft 50 N• Höhenunterschied 10m)
Was geschieht nun mit dieser zusätzlichen potenziellen Energie, wenn die
Kohle im Ofen verbrannt wird? Verbrennt die Kohle dann heißer oder brennt
sie länger?
M
Energieerhaltung
Begründen
EE/2
Die schwebende Rakete – wo bleibt die Energie?
Eine Rakete ist senkrecht aufgestellt. Die Schubkraft
ihres Triebwerks kann durch Regelung der
Treibstoffzufuhr verändert werden.
Die Schubkraft wird nun so eingestellt, dass sie die
Gewichtskraft der Rakete ausgleicht. Die Rakete
schwebt.
Der in den Triebwerken verbrannte Treibstoff erzeugt eine Schubkraft. Aber an
der Rakete wird keine Arbeit verrichtet, denn es wird ja kein Weg zurückgelegt
Wohin „verschwindet“ die chemische Energie des Treibstoffes
Erkläre diesen scheinbaren Widerspruch
Lösung: Die schwebende Rakete
Die chemische Energie wird verwandelt in
 Wärmeenergie und
 kinetische Energie der verbrannten Gasmassen
EE/2
L
Energieerhaltung
Berechnen
EE/3
Lösung: Freie Fall aus 30m
EE/3
E pot  E kin
Freie Fall aus 30m
Ein Stein fällt aus einer Höhe von 30m frei herab.
Mit welcher Geschwindigkeit (in km/h) trifft er auf
dem Boden auf, wenn Reibung (Luftwiderstand)
vernachlässigt wird?
Energieerhaltung
Berechnen
1
mv 2
2
m
km
 87
s
h
Der Stein trifft mit 87 km/h auf.
v  2gh  2.9,81.30  24
Lösung ohne Energieerhaltungssatz
1
s  gt 2
2
2s
2s
t
 v  g .t  v  g .
 2 gs
g
g
Verwende zur Lösung den Energieerhaltungssatz!
M
mgh 
EE/4
Lösung: Der hüpfende Tischtennisball
EE/4
Energie kann die Form wandeln, ohne den Besitzer zu wechseln.
Der hüpfende Tischtennisball
Ein Tischtennisball wird auf eine harte Tischplatte
fallen gelassen.
Beschreibe die Energieumwandlungen.
Warum nimmt die Sprunghöhe ständig ab?
Der Ball wird angehoben: Er erhält Lageenergie.
Der Ball fällt: Die anfangs vorhandene Lageenergie verwandelt sich mit
schwindender Höhe zunehmend in Bewegungsenergie.
Der Ball stößt auf: Die gesamte Bewegungsenergie verwandelt sich beim
Aufprall in Spannenergie, der Ball wird leicht zusammengedrückt.
Der Ball stößt ab: Die Spannenergie verwandelt sich beim zurückprallen
wieder in Bewegungsenergie, der Ball entspannt sich
Der Ball steigt: Mit zunehmender Höhe nimmt die Bewegungsenergie ab,
dabei erhöht sich die Lageenergie um am oberen Umkehrpunkt ihr Maximum
zu erreichen.
Nun beginnt das Spiel von vorne.
Irgendwann kommt der Ball jedoch zum Stillstand.
Das liegt daran, dass er durch Luftreibung, Reibung beim verformen und
durch Schall Energie verliert
L
Energieerhaltung
Berechnen
EE/5
Lösung: Auto gegen Mauer
geg: v = 108
Auto gegen Mauer
Ein Auto prallt mit 108 km/h
gegen eine feste Mauer.
Aus welcher Höhe müsste es frei herabfallen, um die gleiche zerstörende Energie
zu bekommen ?
L
Energieerhaltung
Berechnen
Rollende Kugel
Eine Kugel rollt reibungsfrei aus der Höhe h = 2 m herab.
km
Welche Geschwindigkeit erreicht sie (in
)?
h
EE/6
EE/5
km 108 m
m

 30
h
3,6 s
s
ges: h
Ekin = Epot
mv 2
 m.g.h
/m
2
v2
 g.h
2
v2
30 2
h

m  45,87 m
2g 2.9,81
Das Auto müsste aus über 45 m Höhe herabfallen
Lösung: Rollende Kugel
EE/6
Wenn die Kugel reibungsfrei aus dieser Höhe hinabrollt, wandelt sie ihre
gesamte potenzielle Energie in kinetische Energie um
Epot = Ekin
mv 2
m.g.h 
/:m
2
v2
g.h 
2
m
m
km
v  2.g.h  2.9,81.2  6,26  22,6
s
s
h
Bemerkung: Die gleiche Formel v  2gh erhält man, wenn man die Aufgabe
über den freien Fall löst. Die Kugel hat also für das Herabrollen und den
freien Fall aus 2 m Höhe die gleichen Geschwindigkeiten.