Kinetische und potentielle Energie

Kinetische Energie ist Energie, die ein Körper aufgrund seiner Kraft besitzt Bewegung. Potenzielle Energie ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner besitzt Position oder Zustand. Während die kinetische Energie eines Objekts relativ zu dem Zustand anderer Objekte in seiner Umgebung ist, ist die potentielle Energie völlig unabhängig von ihrer Umgebung. Daher ist die Beschleunigung eines Objekts nicht in der Bewegung eines Objekts erkennbar, wo sich auch andere Objekte in derselben Umgebung bewegen. Zum Beispiel hat eine Kugel, die an einer stehenden Person vorbeizischt, kinetische Energie, aber die Kugel hat keine kinetische Energie in Bezug auf einen Zug, der sich daneben bewegt.

Vergleichstabelle

Vergleichstabelle für kinetische Energie im Vergleich zu potentieller Energie

	Kinetische Energie	Potenzielle Energie
Definition	Die Energie eines Körpers oder eines Systems in Bezug auf die Bewegung des Körpers oder der Partikel im System.	Potentielle Energie ist die in einem Objekt oder System gespeicherte Energie aufgrund ihrer Position oder Konfiguration.
Beziehung zur Umwelt	Die kinetische Energie eines Objekts ist relativ zu anderen beweglichen und stationären Objekten in seiner unmittelbaren Umgebung.	Die potentielle Energie ist nicht relativ zur Umgebung eines Objekts.
Übertragbarkeit	Kinetische Energie kann beispielsweise in Kollisionen von einem bewegten Objekt auf ein anderes übertragen werden.	Potentielle Energie kann nicht übertragen werden.
Beispiele	Fließendes Wasser, z. B. wenn Sie von einem Wasserfall fallen.	Wasser an der Spitze eines Wasserfalls vor dem Abgrund.
SI-Einheit	Joule (J)	Joule (J)
Bestimmende Faktoren	Geschwindigkeit / Geschwindigkeit und Masse	Höhe oder Abstand und Masse

Inhalt: Kinetische und potentielle Energie

• 1 Umwandlung von kinetischer und potentieller Energie
• 2 Etymologie
• 3 Arten von kinetischer Energie und potentieller Energie
• 4 Anwendungen
• 5 Referenzen

Umwandlung von kinetischer und potentieller Energie

Das Energieerhaltungsgesetz besagt, dass Energie nicht zerstört werden kann, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann. Nehmen Sie ein klassisches Beispiel eines einfachen Pendels. Wenn das Pendel schwingt, bewegt sich der schwebende Körper höher und aufgrund seiner Position steigt die potentielle Energie und erreicht oben ein Maximum. Wenn das Pendel seine Abwärtsbewegung beginnt, wird die gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt.

Wenn eine Feder zu einer Seite gedehnt wird, übt sie eine Kraft auf die andere Seite aus, so dass sie in ihren ursprünglichen Zustand zurückkehren kann. Diese Kraft wird als Rückstellkraft bezeichnet und dient dazu, Objekte und Systeme in ihre Position mit niedrigem Energieniveau zu bringen. Die zum Dehnen der Feder erforderliche Kraft wird als potentielle Energie im Metall gespeichert. Beim Loslassen der Feder wird die gespeicherte potentielle Energie durch die Rückstellkraft in kinetische Energie umgewandelt.

Wenn eine Masse angehoben wird, wirkt die Schwerkraft der Erde (und in diesem Fall die Rückstellkraft), um sie wieder herabzusetzen. Die zum Anheben der Masse benötigte Energie wird aufgrund ihrer Position als potentielle Energie gespeichert. Wenn die Masse fällt, wird gespeicherte potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt.

Etymologie

Das Wort "kinetisch" leitet sich vom griechischen Wort ab Kinese, was "Bewegung" bedeutet. Die Begriffe "kinetische Energie" und "Arbeit", wie sie heute verstanden und verwendet werden, stammen aus dem 19. Jahrhundert. Man nimmt an, dass "kinetische Energie" um 1850 von William Thomson (Lord Kelvin) geprägt wurde.

Der Begriff "potentielle Energie" wurde von William Rankine, einem schottischen Physiker und Ingenieur, geprägt, der an einer Vielzahl von Wissenschaften, einschließlich der Thermodynamik, mitwirkte.

Arten von kinetischer Energie und potentieller Energie

Die kinetische Energie lässt sich je nach Objekttyp in zwei Arten einteilen:

• Translationale kinetische Energie
• Rotationskinetische Energie

Starre, nicht rotierende Körper haben eine geradlinige Bewegung. Die translatorische kinetische Energie ist also die kinetische Energie, die ein Objekt besitzt, das sich in einer geraden Linie bewegt. Die kinetische Energie eines Objekts steht in Beziehung zu seinem Impuls (Produkt aus Masse und Geschwindigkeit, p = mv, wobei m Masse ist und v Geschwindigkeit ist). Die kinetische Energie ist durch die Beziehung E = p ^ 2 / 2m auf den Impuls bezogen, und daher wird die kinetische Translationsenergie als E = ½ mv ^ 2 berechnet. Starre Körper, die entlang ihres Massenschwerpunkts rotieren, besitzen eine kinetische Rotationsenergie. Die kinetische Rotationsenergie eines rotierenden Körpers wird als die gesamte kinetische Energie seiner verschiedenen beweglichen Teile berechnet. Körper in Ruhe haben auch kinetische Energie. Die Atome und Moleküle sind ständig in Bewegung. Die kinetische Energie eines solchen Körpers ist das Maß seiner Temperatur.

Die potentielle Energie wird in Abhängigkeit von der anwendbaren Rückstellkraft klassifiziert.

• Potentielle Energie der Schwerkraft - potentielle Energie eines Objekts, das mit der Schwerkraft verbunden ist. Wenn zum Beispiel ein Buch auf einem Tisch platziert wird, ist die Energie, die erforderlich ist, um das Buch vom Boden abzuheben, und die Energie, die das Buch aufgrund seiner erhöhten Position auf dem Tisch besitzt, potentielle Energie der Schwerkraft. Hier ist die Schwerkraft die Rückstellkraft.
• Elastische potentielle Energie - Energie, die ein elastischer Körper wie der Bogen besitzt und wenn er in eine Richtung gestreckt und deformiert wird, ist die potentielle elastische Energie. Die Rückstellkraft ist Elastizität, die in die entgegengesetzte Richtung wirkt.
• Chemische potentielle Energie - Energie, die mit der Anordnung von Atomen und Molekülen in einer Struktur zusammenhängt, ist die potentielle chemische Energie. Chemische Energie, die ein Stoff besitzt, weil er möglicherweise an einer chemischen Reaktion beteiligt ist, ist eine chemische potentielle Energie des Stoffes. Wenn beispielsweise Kraftstoff verwendet wird, wird die im Kraftstoff gespeicherte chemische Energie in Wärme umgewandelt.
• Elektrische potentielle Energie - Energie, die ein Objekt aufgrund seiner elektrischen Ladung besitzt, ist elektrische potentielle Energie. Es gibt zwei Arten - elektrostatische potentielle Energie und elektrodynamische potentielle Energie oder magnetische potentielle Energie.
• Nukleare potentielle Energie - Die potentielle Energie, die Teilchen (Neutronen, Protonen) in einem Atomkern besitzen, ist die potentielle nukleare Energie. Zum Beispiel wandelt die Wasserstofffusion in der Sonne potentiell in Sonnenmaterie gespeicherte Energie in Lichtenergie um.

Anwendungen

• Die Achterbahn in einem Vergnügungspark beginnt mit der Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie der Schwerkraft.
• Die potentielle Energie der Schwerkraft hält die Planeten in der Umlaufbahn um die Sonne.
• Projektile werden von einem Trebuchet mit Hilfe der potentiellen Energie der Schwerkraft abgeworfen.
• In Raumfahrzeugen wird chemische Energie zum Abheben verwendet, wonach die kinetische Energie erhöht wird, um die Umlaufgeschwindigkeit zu erreichen. Die gewonnene kinetische Energie bleibt im Orbit konstant.
• Die kinetische Energie, die einem Ball beim Billardspiel zur Verfügung gestellt wird, wird durch Kollisionen auf andere Bälle übertragen.

Verweise

• Wikipedia: Kinetische Energie
• Wikipedia: Potenzielle Energie