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Beschleunigungsarbeit wird verrichtet, wenn ein Körper durch eine Kraft beschleunigt wird. Ist die Kraft konstant und wirkt sie in Richtung des Weges, so gilt für die Beschleunigungsarbeit:

$\begin{array}{l}{W}_B=F\cdot s\\ F\text{ beschleunigende Kraft}\\ s\text{ zurückgelegter Weg}\end{array}$

Die Beschleunigungsarbeit wird wie die anderen Arten mechanischer Arbeit in den Einheiten ein Newtonmeter (1 Nm) und ein Joule (1 J) gemessen.

In einem abgeschlossenen Bereich (abgeschlossenen System) gilt unter der Bedingung, dass keine Umwandlung von mechanischer Energie in andere Energieformen erfolgt:

Die Summe aus potenzieller und kinetischer Energie eines Körpers ist konstant.

$\begin{array}{l}{E}_{\text{pot}}+E_{\text{kin}}=\text{konstant oder}\\ \Delta \text{(}{E}_{\text{pot}}+E_{\text{kin}})=0\end{array}$

Der Energieerhaltungssatz der Mechanik ist ein spezieller Fall des allgemeinen Energieerhaltungssatzes.

Kinetische Energie (Energie der Bewegung) ist die Fähigkeit eines Körpers, aufgrund seiner Bewegung mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden:

Kinetische Energie ist eine spezielle Form mechanischer Energie.

Mechanische Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, aufgrund seiner Lage oder seiner Bewegung mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszusenden:

Spezielle Formen mechanischer Energie sind die potenzielle Energie und die kinetische Energie.

Die physikalischen Größen Energie und Arbeit hängen eng miteinander zusammen. Wird von einem Körper oder an einem Körper Arbeit verrichtet, so ändert sich dessen Energie. Allgemein gilt:

Die von einem Körper oder an einem Körper verrichtete Arbeit ist gleich der Änderung seiner Energie.

Röntgenstrahlen gehen von derjenigen Stelle innerhalb einer Elektronenröhre aus, an der schnelle Elektronen auf die Oberfläche der Anode prallen. Seit den ersten Untersuchungen von WILHELM CONRAD RÖNTGEN (1845-1923) ist eine Vielzahl von verschiedenen Röntgenröhren entwickelt worden.

Die physikalischen Größen Energie und Arbeit hängen eng miteinander zusammen. Wird von einem System oder an einem System Arbeit verrichtet, so ändert sich dessen Energie. Allgemein gilt:

Die von einem System oder an einem System verrichtete Arbeit ist gleich der Änderung seiner Energie.

Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn ein Körper oder ein System durch eine einwirkende Kraft bewegt oder verformt wird. Dabei unterscheidet man traditionsgemäß je nach dem betreffenden Vorgang zwischen verschiedenen Arten der Arbeit. Wichtige Arten sind

Häufig wirken bei einem Vorgang auch mehrere Arten von Arbeit.

Künstliche Satelliten können sich auf sehr unterschiedlichen Bahnen um die Erde oder zu anderen Himmelskörpern hin bewegen. Dabei handelt es sich um kreisförmige, elliptische oder parabelförmige Bahnen, die aber durch Triebwerke oder durch den Einfluss von Himmelskörpern verändert werden können.
Bei interplanetaren Flugbahnen sind die HOHMANN-Bahnen von besonderem Interesse.
Bei Swing-by-Manövern nutzt man das Gravitationsfeld und die Eigenbewegung von Himmelskörpern dazu, die Bahn und die Bewegung von Satelliten zu beeinflussen.

Unter einem ballistischen Pendel versteht man eine Anordnung, mit der man z.B. die Geschwindigkeit eines Geschosses bestimmen kann. Sie besteht aus einem Pendelkörper, in dem das Geschoss stecken bleibt und der durch das Geschoss bewegt wird. Unter Nutzung des Impulserhaltungssatzes und weiterer Gesetze der Mechanik lässt sich die Geschossgeschwindigkeit ermitteln.

Stöße treten in Natur, Technik und Alltag in vielfältiger Art auf. Nach der Energiebilanz unterscheidet man zwischen unelastischen und elastischen Stößen. Nach der Lage der Körper, die sie beim Stoß zueinander haben, differenziert man zwischen geraden und schiefen Stößen. Darüber hinaus kann ein Stoß zentral oder nicht zentral sein. Alle genannten Arten von Stößen sind Idealisierungen, die in der Praxis nur näherungsweise auftreten.

Energie kann in unterschiedlichen Formen existieren. Wichtige Energieformen sind die chemische Energie, die innere Energie, die Kernenergie, die potenzielle und die kinetische Energie sowie die Energie, die in elektrischen und magnetischen Feldern gespeichert ist (Lichtenergie, elektrische Energie, magnetische Energie), und diejenige, die in Gravitationsfeldern gespeichert ist (Feldenergie).
Objekte, die Energie besitzen, nennt man Energieträger oder Energiequellen. Zu solchen Energieträgern oder Energiequellen gehören Kraftstoffe und Heizstoffe ebenso wie die Nahrung, fließendes und angestautes Wasser, Batterien oder aufgeladene Kondensatoren. Als Energiequellen betrachtet man auch Solarzellen und Sonnenkollektoren, die Sonne und andere Sterne oder spaltbare Stoffe wie Uran oder Plutonium.

Mechanische Energie ist die Fähigkeit eines Körpers, aufgrund seiner Lage oder seiner Bewegung mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Strahlung auszusenden.

Spezielle Formen mechanischer Energie sind die potenzielle Energie und die kinetische Energie.
Für ein abgeschlossenes mechanisches System gilt der Energieerhaltungssatz der Mechanik.

Um eine Weltraumstation oder einen Satelliten in den Orbit zu bringen, ist eine bestimmte Arbeit im Gravitationsfeld der Erde erforderlich. Darüber hinaus muss der Station oder dem Satelliten eine bestimmte Geschwindigkeit verliehen werden, damit sie sich auf einer stabilen Bahn bewegen. Die Körper besitzen damit potenzielle und kinetische Energie. Arbeit und potenzielle Energie im Gravitationsfeld können mithilfe des Gravitationsgesetzes berechnet werden, die kinetische Energie ergibt sich aus der Masse und der Geschwindigkeit des Körpers.

Befinden sich elektrisch geladene Körper oder Teilchen im elektrischen Feld und sind sie frei beweglich, so wirkt auf sie eine Feldkraft, die Arbeit an diesen Körpern bzw. Teilchen verrichtet. Will man umgekehrt geladene Körper oder Teilchen im Feld bewegen, so muss Arbeit verrichtet werden, wenn die Bewegung entgegen der Feldkraft erfolgen soll. Die erforderliche Feldkraft kann bei einfachen Feldformen berechnet werden.
Wird an geladenen Körpern oder Teilchen mechanische Arbeit verrichtet, so ändert sich ihre Energie. Dabei gilt für den Zusammenhang zwischen Arbeit und Energie der allgemeine Zusammenhang $W=\Delta E$.

Energie kann in unterschiedlichen Formen existieren. Wichtige Energieformen sind die chemische Energie, die thermische Energie, die Kernenergie, die potenzielle und die kinetische Energie sowie die Energie, die in elektrischen und magnetischen Feldern gespeichert ist.

Es gibt in der klassischen Physik und in der Relativitätstheorie eine Reihe von Größen, die ihren Wert bzw. ihre Form nicht ändern, wenn man von einem Inertialsystem in ein anderes übergeht. Solche Größen werden als invariante Größen bezeichnet. Auch für Gesetze gibt es eine Invarianz. Die Bestimmung von invarianten Größen bzw. Gesetzen trägt dazu bei, physikalische Phänomene und Zusammenhänge besser zu verstehen.

Jeder bewegte Körper besitzt kinetische Energie (Bewegungsenergie). Das gilt auch für rotierende starre Körper, z.B. Schwungräder, die Rotoren von Generatoren und Motoren oder einen Kreisel.
Die in einem Körper gespeicherte Rotationsenergie hängt vom Trägheitsmoment dieses Körpers und von seiner Winkelgeschwindigkeit ab. Es gilt:

$\begin{array}{l}{E}_{rot}=\frac{1}{2}J\cdot {\omega }^2\\ J\text{Trägheitsmoment}\\ \omega \text{Winkelgeschwindigkeit}\end{array}$

Die innere Energie gibt an, wie groß die in einem abgeschlossenen System (Körper) gespeicherte Energie ist.
Formelzeichen: U
Einheit: ein Joule (1 J)
Sie ist die Gesamtenergie aller Teilchen (Atome, Moleküle) eines Körpers und setzt sich damit aus der Summe der Bewegungsenergien bei Translation, Rotation und Schwingungen, der potenziellen Energien und der Bindungsenergien zusammen.
Bei Gasen wird die innere Energie im Wesentlichen von den Bewegungsenergien der Teilchen bestimmt.

Gegenstand der kinetischen Gastheorie ist die Betrachtung thermodynamischer Prozesse auf der Grundlage von Teilchengrößen, wie der Teilchenanzahl, ihrer räumlichen Verteilung und ihrer Geschwindigkeit. Von besonderer Bedeutung ist die Energieverteilung, die eng mit der Geschwindigkeitsverteilung zusammenhängt. Betrachtet man verschiedene Aggregatzustände und bezieht auch Moleküle in die Betrachtungen ein, so ist neben der kinetischen Energie auch die Rotationsenergie und die Schwingungsenergie mit zu beachten.

Zentrale Größen der Physik sind die Größen Energie, Arbeit und Leistung. Sie spielen auch weit über die Physik hinaus eine Rolle, insbesondere der Begriff Energie und solche damit zusammenhängenden Begriff wie Energieversorgung, Energieerhaltung, Energietransport oder Energieentwertung. Der Test dient der Prüfung grundlegender Kenntnisse über Energie, Arbeit und Leistung.

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Energie, mechanische Arbeit und Leistung".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Ein zentraler elastischer Stoß zwischen zwei Körpern ist dadurch gekennzeichnet, dass

• nur elastischen Wechselwirkungen auftreten,
• sich die Körper nach dem Stoß mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten weiterbewegen und
• die mechanische Energie erhalten bleibt.

Für einen solchen Stoß gilt der Impulserhaltungssatz und der Energieerhaltungssatz der Mechanik.

Energiebilanz, Energieerhaltungssatz, Energieerhaltungssatz der Mechanik, Impulserhaltungssatz, Reibuntgseffekte, zentraler gerader unelastischer Stoß
Ein zentraler unelastischer Stoß zwischen zwei Körpern ist dadurch gekennzeichnet, dass

• keine elastischen Wechselwirkungen auftreten,
• sich die Körper nach dem Stoß mit einer gemeinsamen Geschwindigkeit weiterbewegen und
• ein Teil der mechanischen Energie in andere Energieformen umgewandelt wird.

Für einen solchen Stoß gilt der Impulserhaltungssatz und der allgemeine Energieerhaltungssatz, nicht aber der Energieerhaltungssatz der Mechanik.