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Naturwissenschaften – Grade 9 · Einheit 4: Energie

Bewegungsenergie, Lageenergie und Spannenergie

Berechne Bewegungsenergie, Lageenergie und Spannenergie und verfolge Energieübertragungen.

Energie wird in Joule (J) gemessen. Ein bewegtes Objekt hat Bewegungsenergie (kinetische Energie): Eₖ = ½ m v², mit der Masse in kg und der Geschwindigkeit in m/s. Ein angehobenes Objekt gewinnt Lageenergie (potenzielle Energie): Eₚ = m g h, wobei g auf der Erde etwa 9.8 N/kg beträgt und h die gewonnene Höhe in Metern ist. Eine gedehnte Feder speichert Spannenergie: Eₑ = ½ k e², wobei k die Federkonstante und e die Dehnung ist.

In einem abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie gleich: Energie wird zwischen Speichern übertragen, aber nie erzeugt oder vernichtet. Fällt eine Kugel ohne Luftwiderstand, entspricht die verlorene Eₚ der gewonnenen Eₖ. Die Arbeit ist die durch eine Kraft übertragene Energie: W = F × s, wobei s die in Kraftrichtung zurückgelegte Strecke ist.

Beispiel mit Lösung

Berechne die Bewegungsenergie einer 2 kg schweren Kugel, die sich mit 3 m/s bewegt.

  1. Eₖ = ½ m v².
  2. ½ × 2 × 3² = 1 × 9.

Antwort:Eₖ = 9 J.

Schlüsselwörter

kinetische Energie
Eₖ = ½ m v²
Lageenergie
Eₚ = m g h
Arbeit
durch eine Kraft übertragene Energie: W = F s
abgeschlossenes System
es tritt keine Energie ein oder aus
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Jedes Mal neue Fragen.

Mit Bezug auf NGSS: HS-PS3-1