Bildbeschreibung: Die Energieerhaltung ist ein Grundprinzip der Physik. Die Gesamtenergie eines isolierten Systems, das nicht mit seiner Umgebung interagiert, bleibt über die Zeit konstant. Es kann nicht erschaffen oder zerstört werden, aber es kann von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden.
Ein Pendel im Vakuum, das keinen Reibungskräften ausgesetzt ist, könnte jedoch theoretisch ein Perpetuum mobile haben. Aber auch im Weltraum verliert ein bewegtes Pendel weiterhin Energie (innere Reibung des Pendels selbst, Energieübertragung auf andere Systeme, Temperatureinfluss usw.). Dieser Energieverlust wird schließlich das Pendel stoppen. Es ist daher nicht möglich, ein Objekt in ständiger Bewegung zu halten, ohne dass eine externe Energiequelle vorhanden wäre, um diese Energieverluste auszugleichen.
Kinetische Energie ist eine grundlegende Eigenschaft der Physik. Es handelt sich um eine Energieform, die aufgrund seiner Geschwindigkeit mit der Bewegung eines Objekts verbunden ist. Kinetische Energie ist eine skalare Größe, das heißt, sie hat einen Betrag, aber keine Richtung, sie ist eine Größe, die nur durch eine Zahl definiert ist.
Wenn ein Pendel in Bewegung ist, tauscht es kontinuierlich Energie zwischen seiner kinetischen Energie (verbunden mit seiner Bewegung) und seiner potentiellen Energie (verbunden mit seiner Position) aus. Bei jedem Pendelschwung bleibt die Gesamtenergie des Systems (Summe seiner kinetischen Energie und seiner potentiellen Energie) konstant, obwohl ständig Energie zwischen den beiden Energieformen übertragen wird.
Das Konzept der kinetischen Energie, das unter dem Namen „lebende Kraft“ eines Objekts eingeführt wurde, wurde von Leibniz (1646-1716) und Émilie du Châtelet (1706-1749) gefunden.
Die Gleichung lautet:
E_c = ½ mv^2, wobei E_c die kinetische Energie darstellt, m die Masse (kg) des Objekts und v seine Geschwindigkeit (m/s) ist.
Die kinetische Energie hängt also direkt von der halben Masse und dem Quadrat der Geschwindigkeit des Objekts ab. Aus diesem Grund benötigen schnellere oder schwerere Fahrzeuge in der Regel mehr Energie, um ihre Bewegung aufrechtzuerhalten.
Potenzielle Energie ist eine Energieform, die mit der Position im Schwerkraftfeld verbunden ist. Je höher das Objekt ist, desto mehr potentielle Energie hat es. Diese Energie wird täglich in Wasserkraftwerken genutzt.
Die Gleichung lautet:
E_p = mgh
Die potentielle Energie hängt also direkt von der Masse des Körpers m (kg), der Schwerkraft g (9,81 m/s2) und auch der Höhe h (m) ab, in der er sich in Bezug auf ein Referenzniveau befindet.
Potenzielle Energie kann durch geeignete physikalische Prozesse in andere Energieformen umgewandelt werden, beispielsweise in kinetische Energie (verbunden mit Bewegung) oder thermische Energie (verbunden mit Wärme). Beispielsweise wandelt ein frei fallendes Objekt seine potenzielle Gravitationsenergie in kinetische Energie um, wenn es in Richtung Boden beschleunigt.
mgh = ½mv^2
v^2 = 2gh (die Masse verschwindet und hat daher beim Fall eines Körpers im Vakuum keine Bedeutung)
h = ½g v^2
Hinweis: Die potenzielle Energie ist eine relative Größe und hängt von der Wahl einer bestimmten Referenzposition ab. Für die Berechnungen ist nur die Differenz der potenziellen Energie zwischen zwei Positionen von Bedeutung.
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