1.8.3 Energiearten

Lageenergie

   Abb. 1                                   Abb. 2

Ein Körper G der Masse m zieht einen Bremsklotz K gleichförmig über eine waagrechte Fläche. Die Bremskraft von K gleicht der Gewichtskraft von G. G verschiebt K nach einem leichten Stoß um die Strecke h und verrichtet hierbei die Arbeit W = m·g · h. G hat somit in Bezug auf den Boden die Energie E = m·g·h.

Spannungsenergie

           Abb. 3                            Abb. 4

Eine um s gedehnte Schraubenfeder mit der Federkonstanten D wird mit der Hand langsam entspannt. Hierbei nimmt die Kraft von dem Wert D·s auf den Wert 0 ab. Die mittlere Kraft ist (D· s + 0)/2 = D · s/2. Während der Entspannung verrichtet die Feder die Arbeit W = (D·s/2)·s = ½·D·s². Sie hat demnach im gespannten Zustand die Energie E = ½·D· s².

Bewegungsenergie (kinetische Energie)

                               Abb. 5                                                       Abb. 6

Ein Wagen der Masse m und der Geschwindigkeit v wird mit Hilfe einer Fadenbremse -er wird durch eine Büroklammer gezogen - auf die Geschwindigkeit 0 abgebremst. Hierbei verrichtet er gegen den Faden die Arbeit W = F· s. F ist die Bremskraft und s der Bremsweg. Den Bremsweg s erhält man als Produkt aus der mittleren Geschwindigkeit v/2 und der Bremszeit t.

s = ½ · v · t;     Bremskraft F = m· v/ t; →     E = F · s = m ·v²/2

Ein besonders eindrucksvolles Experiment zur kinetischen Energie ist in der Abb.1.9.12 angedeutet.

Abb. 7

Ein Elektromotor dreht einen Eisenzylinder ( m = 420 g, r = 3cm) auf ca. 100 Hz. Anschließend werden die Anschlüsse des Motors mit einem Glühbirnchen verbunden. Dieses leuchtet dann ungefähr eine Minute lang. Rotierende Zylinder werden bei Experimenten zur Kernfusion zur kurzzeitigen Erzeugung derart hoher elektrischer Leistungen eingesetzt, die nicht aus dem Leitungsnetz entnommen werden können.