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Physik

Bewegungsenergie und ihre Umwandlung

Jeder bewegte Körper hat Bewegungsenergie. Sie wächst mit der Masse und noch stärker mit der Geschwindigkeit.

  • ca. 10 Minuten
  • Klasse 9
  • Niveau: Basis

Das lernst du heute

  • Ich kann die Bewegungsenergie berechnen.
  • Ich weiß, wie sie von Masse und Geschwindigkeit abhängt.
  • Ich kann Umwandlungen von Bewegungsenergie beschreiben.

Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Wie schnell? Geschwindigkeit berechnen, Beschleunigen und Bremsen

Ein rollender Ball kann einen anderen Ball anstoßen. Ein fahrendes Auto kann bei einem Unfall viel zerstören. Beide haben Bewegungsenergie. Jeder Körper hat sie, solange er sich bewegt. Sie hängt von zwei Größen ab: von der Masse m und von der Geschwindigkeit v. Es gilt: E_B = ½ · m · v². Die Einheit ist das Joule (J). Setze m in kg und v in m/s ein. Die Geschwindigkeit steht im Quadrat. Verdoppelst du v, wird die Bewegungsenergie viermal so groß. Beispiel: Ein Auto mit 1000 kg fährt mit 10 m/s. Das sind 36 km/h. Dann ist E_B = ½ · 1000 · 10² J = 50 000 J. Bewegungsenergie wird oft umgewandelt. Beim Bremsen wird sie zu thermischer Energie, die Bremsen werden warm. Auf einer Achterbahn wandelt sich Lageenergie in Bewegungsenergie und wieder zurück.

Doppelte Masse: doppelte Energie. Doppelte Geschwindigkeit: vierfache Energie.
Masse mGeschwindigkeit vBewegungsenergie E_B
1000 kg10 m/s50 000 J
1000 kg20 m/s200 000 J
2000 kg10 m/s100 000 J
80 kg5 m/s1000 J

Bewegungsenergie berechnen

  1. Gegeben: m = 0,5 kg, v = 20 m/s.
  2. Formel: E_B = ½ · m · v².
  3. Einsetzen: E_B = ½ · 0,5 · 20² J = ½ · 0,5 · 400 J.
  4. Ergebnis: E_B = 100 J.

Ich verstehe das noch nicht

Such dir aus, was dir hilft.

Noch einfacher erklärt

Alles, was sich bewegt, hat Bewegungsenergie.

Schneller und schwerer heißt mehr Energie.

Beim Bremsen wird sie zu Wärme.

Ein Beispiel

Beispiel

Ein Ball fällt aus 5 m Höhe. Oben hat er Lageenergie. Beim Fallen wird sie zu Bewegungsenergie. Kurz vor dem Boden ist die Lageenergie fast null. Dann hat der Ball die größte Bewegungsenergie. Für 1 kg sind das m · g · h = 1 · 10 · 5 J = 50 J. Daraus folgt v = 10 m/s, wenn die Luft nicht bremst.

Schritt für Schritt

Du berechnest die Bewegungsenergie.

  1. Schreibe m und v auf.
  2. Rechne v in m/s um, falls nötig.
  3. Rechne v², dann mal m, dann durch 2.
  4. Schreibe die Einheit J.

Mit einem Bild erklärt

VorgangVorherNachher
Ball fälltLageenergieBewegungsenergie
Auto bremstBewegungsenergiethermische Energie
Achterbahn fährt hochBewegungsenergieLageenergie

Zur Grundlage zurück

Ausprobieren

Jetzt zusammen

Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.

Ein Körper mit 10 kg bewegt sich mit 2 m/s. Wie groß ist E_B in J?

Zeig mir den ersten Schritt

2² = 4. Dann ½ · 10 · 4.

Lösung ansehen

Lösung: 20

E_B = ½ · 10 · 2² J = 20 J.

Üben

Jetzt du

Jetzt probierst du es allein.

Ein Fahrrad mit Fahrer hat zusammen 100 kg und fährt mit 4 m/s. Wie groß ist E_B in J?

Zeig mir den ersten Schritt

4² = 16. Dann ½ · 100 · 16.

Lösung ansehen

Lösung: 800

E_B = ½ · 100 · 16 J = 800 J.

Tipp: Rechne zuerst v², dann mal m, dann halbieren. Achte auf m/s: 36 km/h sind 10 m/s (durch 3,6 teilen).

Merksatz: E_B = ½ · m · v². Doppelte Geschwindigkeit bedeutet vierfache Bewegungsenergie. Beim Bremsen wird E_B zu thermischer Energie.

Typischer Fehler: Viele quadrieren die Geschwindigkeit nicht oder rechnen mit km/h. Dann ist das Ergebnis falsch. Die Geschwindigkeit muss in m/s stehen und im Quadrat eingehen.

Prüfen

Mini-Quiz

5 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.

Frage 1 Ein Körper mit 2 kg bewegt sich mit 3 m/s. Wie groß ist E_B in J?

Zeig mir den ersten Schritt

3² = 9, dann ½ · 2 · 9.

Lösung ansehen

Lösung: 9

E_B = ½ · 2 · 9 J = 9 J.

Frage 2 Ein Auto fährt doppelt so schnell. Wie ändert sich seine Bewegungsenergie?
Zeig mir den ersten Schritt

Rechne 2 · 2.

Lösung ansehen

Lösung: Sie wird viermal so groß.

Frage 3 Beim Bremsen verschwindet die Bewegungsenergie.
Lösung ansehen

Lösung: Stimmt nicht

Frage 4 Wo hat eine Achterbahn die größte Bewegungsenergie?
Lösung ansehen

Lösung: Am tiefsten Punkt

Frage 5 Wie viele m/s sind 72 km/h?

Zeig mir den ersten Schritt

Teile 72 durch 3,6.

Lösung ansehen

Lösung: 20

72 : 3,6 = 20 m/s.

Geschafft

Bewegte Körper haben Bewegungsenergie: E_B = ½ · m · v². Sie wird in andere Energieformen umgewandelt, zum Beispiel in thermische Energie oder in Lageenergie.

Zum Schluss

Kannst du das schon?

Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.

Zum Ausdrucken

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