Energie bei der Bewegung

Energie bei der Bewegung Übung

• Bestimme, welche Faktoren die Bewegungsenergie beeinflussen.

  Tipps

  Jeder Körper, der sich in Bewegung befindet, trägt eine Bewegungsenergie, die immer größer als null ist. Diese Regel gilt für verschiedene Arten von Transportmitteln wie Autos, Züge oder Flugzeuge. Auch ein Ball, der durch die Luft fliegt, oder ein Mensch, der läuft, besitzt Bewegungsenergie aufgrund seiner Bewegung.

  Vergleiche nun einmal ein Kind mit einem Erwachsenen: Wer von beiden verbraucht mehr Energie beim Laufen?

  Lösung

  Jeder Körper, der sich in Bewegung befindet, trägt eine Bewegungsenergie, die immer größer als null ist. Diese Regel gilt für verschiedene Arten von Transportmitteln wie Autos, Züge oder Flugzeuge. Auch ein Ball, der durch die Luft fliegt, oder ein Mensch, der läuft, besitzt Bewegungsenergie aufgrund seiner Bewegung. Die Bewegungsenergie eines Körpers hängt von dessen Masse und Geschwindigkeit ab. Demnach besitzt ein Körper mit höherer Masse oder Geschwindigkeit auch eine größere Bewegungsenergie. Zum Beispiel hat ein Flugzeug, das durch die Luft fliegt, aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit und Masse eine wesentlich größere Bewegungsenergie als ein Mensch, der auf der Erde läuft.

  • Je größer die Geschwindigkeit und die Masse des bewegten Körpers, desto größer ist dessen Bewegungsenergie.

  $\rightarrow$ Diese Antwort ist richtig.

  • Je kleiner die Geschwindigkeit und je größer die Masse des bewegten Körpers, desto größer ist dessen Bewegungsenergie.

  $\rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.

  • Je kleiner die Geschwindigkeit und die Masse des bewegten Körpers, desto größer ist dessen Bewegungsenergie.

  $\rightarrow$ Diese Antwort ist ebenfalls falsch.

  • Je größer die Geschwindigkeit und je kleiner die Masse des bewegten Körpers, desto größer ist dessen Bewegungsenergie.

  $\rightarrow$ Diese Antwort ist auch falsch.

• Erkläre die Energieumwandlung beim Überfahren eines Berges.

  Tipps

  Achte auf die Beschreibungen der verschiedenen Szenarien im Text (z. B. bergauf, bergab, gerade Strecke), um zu verstehen, wie sich die Bewegungsenergie und die Lageenergie ändern.

  Beachte die Beschreibungen der verschiedenen Kräfte, die auf das Fahrrad und die Rad fahrende Person wirken (z. B. Reibungskräfte), um zu verstehen, wie sie die Bewegungsenergie beeinflussen.

  Konzentriere dich darauf, welche Konsequenzen die Änderung der Energiearten in verschiedenen Szenarien für die Rad fahrende Person hat. Zum Beispiel muss sie bergauf mehr Kraft aufwenden, um genug Bewegungsenergie zu haben, um voranzukommen, während sie bergab schneller wird, ohne dafür Kraft aufwenden zu müssen.

  Lösung

  Wenn du mit deinem Fahrrad bergab fährst, dann wird die Lageenergie in Bewegungsenergie umgewandelt. Das bedeutet, dass du schneller wirst, ohne dass du zusätzliche Kraft aufbringen musst. Je steiler der Berg ist, desto mehr Kraft musst du beim Bergauffahren aufwenden, um trotz des Verlusts an Bewegungsenergie durch die Erhöhung der Lageenergie voranzukommen.

• Ordne ein, welche der dargestellten Dinge Bewegungsenergie haben.

  Tipps

  Überlege dir noch einmal genau, wann ein Körper Bewegungsenergie besitzt: Was macht der Körper?

  Jeder Körper, der sich in Bewegung befindet, trägt eine Bewegungsenergie, die immer größer als null ist.

  Überlege dir nun also, welches der beschriebenen Dinge bzw. Objekte sich in Bewegung befindet.

  Lösung

  Jeder Körper, der sich in Bewegung befindet, trägt eine Bewegungsenergie, die immer größer als null ist.

  
  Diese Dinge bzw. Objekte besitzen keine Bewegungsenergie $\color{#FF66FF}{\blacksquare}$:

  • eine Mauer

  Eine Mauer ist nicht in Bewegung und hat gar keine Bewegungsenergie.

  • ein Buch auf einem Regal

  Ein Buch auf einem Regal befindet sich nicht in Bewegung. Es liegt auf dem Regal und hat gar keine Bewegungsenergie.

  • ein ruhender See

  Ein ruhender See bewegt sich nicht. Er ist in Ruhe und hat damit keine Bewegungsenergie.

  
  Folgendes besitzt Bewegungsenergie $\color{#99FF32}{\blacksquare}$:

  • ein fliegender Vogel

  Ein fliegender Vogel befindet sich in einer Bewegung, denn er fliegt. Somit hat der Vogel eine Bewegungsenergie.

• Definiere, welches der dargestellten Objekte die größte Bewegungsenergie hat.

  Tipps

  Bewegungsenergie ist die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Bewegung hat. Ein Objekt mit höherer Geschwindigkeit hat normalerweise mehr Bewegungsenergie als ein Objekt mit niedrigerer Geschwindigkeit.

  Masse ist auch ein Faktor, der die Bewegungsenergie beeinflusst: Ein Objekt mit höherer Masse hat normalerweise mehr Bewegungsenergie als ein Objekt mit niedrigerer Masse, wenn beide die gleiche Geschwindigkeit haben.

  Überlege, welche der vier Objekte die höchste Geschwindigkeit und/oder die höchste Masse haben. Diese Objekte haben wahrscheinlich die höchste Bewegungsenergie.

  Denke darüber nach, wie die Objekte in der Realität verwendet werden. Zum Beispiel ist ein Flugzeug viel größer und schneller als ein Auto, was darauf hinweist, dass es mehr Bewegungsenergie hat.

  Überlege, wie schnell ein Ball ist und wie viel Masse er hat. Vergleiche das mit einem Auto, einem Flugzeug und einem Menschen und ordne die Objekte entsprechend ihrer Bewegungsenergie.

  Lösung

  Die Bewegungsenergie eines Objekts hängt von seiner Masse und seiner Geschwindigkeit ab. Um die Bewegungsenergie zu bestimmen, benötigen wir also sowohl die Masse als auch die Geschwindigkeit des Objekts. Anhand dieser Informationen können wir die Energie berechnen, die das Objekt aufgrund seiner Bewegung besitzt.

  Wenn wir uns die verschiedenen Objekte ansehen, dann können wir sehen, dass das Flugzeug die höchste Bewegungsenergie hat. Dies liegt daran, dass es eine sehr hohe Geschwindigkeit und eine enorme Masse hat. Das Auto hat ebenfalls eine hohe Bewegungsenergie aufgrund seiner Geschwindigkeit und Masse. Vergleicht man nun den Ball und den Menschen, die die gleiche Geschwindigkeit haben, erkennt man, dass der Mensch aufgrund seiner höheren Masse eine höhere Bewegungsenergie hat als der Ball.

  Daher können wir die Objekte entsprechend ihrer Bewegungsenergie ordnen: beginnend mit dem Objekt mit der niedrigsten Energie, nämlich dem Ball, gefolgt vom Menschen, dem Auto und schließlich dem Flugzeug, das die größte Bewegungsenergie besitzt.

• Nenne die zwei Faktoren, von welchen die Bewegungsenergie abhängig ist.

  Tipps

  Überlege dir, welche Faktoren die Bewegung eines Objekts beeinflussen können.

  Stelle dir verschiedene Beispiele vor, um zu verstehen, wie sich die genannten Faktoren auf die Bewegungsenergie auswirken.

  Dafür stehen die einzelnen Bilder:

  • der Farbklecks für Farbe
  • das Lineal für Länge
  • der Junge auf der Waage für Masse
  • die Schnecke und die Rakete für eine geringe bzw. hohe Geschwindigkeit

  Lösung

  Jeder Körper, der sich in Bewegung befindet, trägt eine Bewegungsenergie, die immer größer als null ist. Diese Regel gilt für verschiedene Arten von Transportmitteln wie Autos, Züge oder Flugzeuge. Auch ein Ball, der durch die Luft fliegt, oder ein Mensch, der läuft, besitzt Bewegungsenergie aufgrund seiner Bewegung. Die Bewegungsenergie eines Körpers hängt von der Masse und Geschwindigkeit ab. Demnach besitzt ein Körper mit höherer Masse oder Geschwindigkeit auch eine größere kinetische Energie (= Bewegungsenergie). Zum Beispiel hat ein Flugzeug, das durch die Luft fliegt, aufgrund seiner hohen Geschwindigkeit und Masse eine wesentlich größere Bewegungsenergie als ein Mensch, der auf der Erde läuft.

• Analysiere, welche der folgenden Energieformen auf die beschriebenen Gegenstände, Subjekte bzw. Phänomene zutrifft.

  Tipps

  Unterscheide zwischen den verschiedenen Energietypen:

  • Bewegungsenergie ist die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Bewegung besitzt.
  • Lageenergie ist die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Position oder Höhe besitzt.
  • Elektrische Energie ist die Energie, die durch den Fluss von Elektronen in einem Stromkreis erzeugt wird.
  • Wärmeenergie ist die Energie, die durch Wärme erzeugt wird.

  Betrachte jedes Objekt, Subjekt bzw. Phänomen einzeln und identifiziere, welche Art von Energie es besitzt bzw. was seine Funktion ist.

  Lösung

  Jeder Körper, der sich in Bewegung befindet, trägt eine Bewegungsenergie, die immer größer als null ist.
  Somit gehören zur Bewegungsenergie:

  • eine Person, die Fahrrad fährt
  • ein Auto in Fahrt
  • ein Flugzeug in Bewegung

  
  Ein Körper, der sich auf einer erhöhten Position befindet, hat das Potenzial, Arbeit zu verrichten. Das liegt daran, dass er die notwendige Energie besitzt, um Arbeit zu leisten, jedoch nicht automatisch arbeitet.
  Darum zählen zur Lageenergie:

  • ein Stein auf einer Mauer
  • ein Ball auf einem hohen Regal

  
  Elektrische Energie bezeichnet die Energie, die durch den Transport von Elektrizität übertragen wird oder in elektrischen Feldern gespeichert ist.
  Damit gehören zur elektrischen Energie:

  • eine Batterie, die Strom liefert
  • Blitze am Himmel

  
  Wärmeenergie ist eine Form von Energie, die auf die Bewegungsenergie der Teilchen zurückzuführen ist, aus denen ein Stoff besteht: Je höher die Temperatur eines Stoffes ist, desto schneller bewegen sich die Teilchen in ihm und desto höher ist ihre Bewegungsenergie. Die Wärmeenergie eines Körpers hängt also von seiner Temperatur ab. Wärmeenergie entsteht durch Wärmeübertragung.
  Deshalb zählen zur Wärmeenergie:

  • eine Heizung, die Wärme abstrahlt
  • ein Feuer im Kamin