Größen
Potentielle und kinetische Energie - Maßeinheiten für die Energie

Nehmt an, ihr hebt einen Stein von 3 kg um 2 m senkrecht hoch. Dann müsst ihr die Masse des Steins gegen die Erdbeschleunigung von 9,81m/s² um 2m anheben. Ihr verrichtet also die folgende Hubarbeit.

3kg · 9,81m/s² · 2m = 58,86m²kg/s² = 58,86Nm

Jetzt ändern wir den Blick: Betrachtet den Stein in seiner gehobenen Lage. In dieser Lage steckt die Hubarbeit. Sie wird wieder frei, wenn der Stein fällt und am Boden zerschellt. Die in der Lage gespeicherte Arbeit heißt:

Energie der Lage oder potentielle Energie.

Die Maßeinheiten für die potentielle Energie [W(pot)]
sind dieselben, wie die der Hub-Arbeit, nämlich 1 Newtonmeter (1Nm) oder 1 Joule (1J).

Die Energie wird also in Joule gemessen. Bei großen Energien ist es auch üblich von KiloJoule (kJ) oder MegaJoule (MJ) zu sprechen.

In der Kohle, dem Erdgas, dem Erdöl und der Biomasse sowie auch in unserer Nahrung steckt Energie. Sie ist zuvor durch die Photosynthese entstanden und somit gespeicherte Sonnen-Energie. Durch "Verbrennung" kann sie in "Motoren" wieder frei gesetzt werden. Das "Übel" bei der Freisetzung sind aber die umwelt-belastenden Abgase.

Bei dem aufgestautem Wasser in einem Stausee ist das ähnlich. Lässt man das gestaute Wasser wieder herabstürzen, so wird gespeicherte Energie frei, die in elektrische Energie (Maßeinheit: 1 Kilowattstunde, 1kWh) umgeformt und dann über das Land "verteilt" werden kann.

Technich bedeutsame Energielieferanten der Zukunft sind u.a. Sonnenkollektoren, Windräder und auch die Erdwärme.

Wollt ihr die potentielle Energie [W(pot)] berechnen, die euer Körper dann verrichtet, wenn ihr von einem Sprungbrett ins Wasser springt, dann müsst ihr euer Gewicht (eure Masse) und die Höhe des Sprungbrettes vom Wasserspiegel messen.

• Nehmt an, ihr wiegt 40 kg. Welche Kraft wirkt dann auf euch bei einem Sprung ins Wasser? Rechnet!
  Die Erdbeschleunigung g ist eine konstante Größe.
• Nehmt an, ihr springt von einem 5 Meter-Brett. Welche potentielle Energie verrichtet euer Körper, wenn er auf der Wasseroberfläche aufschlägt? Rechnet!

Wollt ihr die kinetische Energie berechnen, die ein Auto dann verrichtet, wenn es auf eine Mauer auffährt, dann müsst ihr die Masse und die Geschwindigkeit des Autos bei Aufprall auf die Mauer messen.

• Nehmt an, das Auto wiegt 1200kg und fährt mit 100km/h. Welche kinetische Energie wird dann bei einem Aufprall in Verformungsenergie umgewandelt? Rechnet!

Die Messungen beziehen sich immer auf Grundgrößen. Abgeleitete Größen werden berechnet. Sei denn, ihr habt ein Messgerät, dass die Grundgrößen automatisch misst und dann die abgeleitete Größe (Geschwindigkeit, Kraft oder Arbeit oder Energie) berechnet und direkt anzeigt.