Die mechanische Energie

2006/2007
Physik- 9. Jahrgangsstufe
Lehrtexte
Die mechanische Energie
Beispiele zur Einführung
Ein Personenkraftwagen wird an einer leicht abschüssigen Straße abgestellt. Der Fahrer vergisst
leider den Gang oder die Handbremse einzulegen.
Mit Hilfe eines Spielzeugautos und einer Darda- Schiene stellt man die Situation nach. Man
beobachtet, dass das Spielzeug Auto aus dem nichts heraus sozusagen in Bewegung versetzt.
Das Auto leistet Bewegungsarbeit. Wie schnell das Auto wird hängt von der Starthöhe des
Autos ab. Man kann aus diesem alltäglichen Beispiel die folgende Erkenntnis gewinnen:
1. Das Auto hat an der Starthöhe die Fähigkeit Bewegungsarbeit zu leisten.
2. Die Fähigkeit hierzu erhält das Auto aus der Hubarbeit, die vor dem Abstellen des Autos
geleistet werden musste.
3. Durch das Festziehen der Handbremse wird die sofortige Leistung der Bewegungsarbeit
unterbunden. Man kann die Fähigkeit, Bewegungsarbeit zu leisten also speichern.
Diese Betrachtungen führen nun zu der Definition eines neuen Begriffs und dabei handelt es
sich um die mechanische Energie .
Mechanische Energie ist gespeicherte Arbeit. Ein Körper benötigt zur Verrichtung von mechanischer Arbeit Energie. Dies kann
man in der symbolischen Gleichung
∆E = W
zusammenfassen. Dabei steht ∆E für den Energieunterschied, der
in Arbeit umgesetzt wurde.
Pendelversuch
Versuchsbeschreibung
Ein Pendel wird an einem Stativ bifilar aufgehängt. Der Pendelkörper hat eine Masse m = 0,1 kg.
An einem Maßstab wird die Ausgangshöhe festgelegt, an einem zweiten Maßstab wird auf der
anderen Seite die erzielte Endhöhe ermittelt. Am tiefsten Punkt wird ein Lichtschrankenpaar
installiert, mit dessen Hilfe man die Durchgangszeit im tiefsten Punkt misst:
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Physik- 9. Jahrgangsstufe
Lehrtexte
In einem Ersten Versuch misst man mit Hilfe der beiden Maßstäbe lediglich die Starthöhe und
die erzielte Endhöhe:
Starthöhe h in cm 30
Endhöhe in cm
30
25
20
15
10
24,9 19,9 15,0 9,8
Aus diesem Versuch kann man folgendes schließen:
• der Pendelkörper erzielt die gleiche Höhe wie die anfängliche Starhöhe beträgt.
• Die Energie des Pendelkörpers vor der Bewegung ist gleich groß wie die Energie nach
Abschluss der Bewegung.
Damit bleibt die Energie des Pendelkörpers erhalten.
Die mechanische Energie ist eine Erhaltungsgröße . Energie kann
damit nicht verloren gehen aber auch nicht produziert werden. Aufgrund der Erhaltung der Energie gilt immer
Evorher = Enachher
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