Potenzielle und kinetische Energie - Maßeinheiten

Energie der Lage oder potenzielle Energie steckt zum Beispiel im hochgepumpten Wasser eines Wasserspeicherwerks. Die Formel für die potenzielle Energie:

W(pot) = m·g·h

• m ist die Masse des Körpers, der gehoben wird, in kg
• g ist die Erdbeschleunigung g = 9,81 m/s²
• h ist die Höhe, um die das Objekt angehoben wird, in Meter

W(pot) ist die potenzielle Energie in Newtonmeter (Nm).

Die Maßeinheiten für die potenzielle Energie W(pot) sind dieselben wie die der Hubarbeit:

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) oder auch GigaJoule (GJ) zu sprechen.

Bewegungsenergie oder kinetische Energie steckt in der Bewegung von Körpern. Durch Umwandlung von Gleichungen ergibt sich für die kinetische Energie die Formel:

W(kin) = ½mv²

• m ist die Masse des Körpers, der gehoben wird, in kg
• v ist die Geschwindigkeit (Wegstrecke pro Zeitspanne, m/s)

Anmerkung: Die Formel für die kinetische Energie kann hier nicht hergeleitet werden. Es wird auf den Physikunterricht verwiesen.

Die Umwandlung von potenzieller Energie in kinetische Energie verdeutlicht diese Skizze. Es gilt:

 W(pot) = W(kin)
m·g·h = ½mv²

Die elektrische Energie wird in Kilowattstunden (kWh) gemessen.

1 kWh = 1000 Wh = 3 600 000 Ws = 3 600 000 J
= 3600 kJ = 3,6 MJ

Wollt ihr die potenzielle 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 aus messen.

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

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 beim 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?

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