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Bewegung und Energie

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Die Autor*innen
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Jochen Kalt
Bewegung und Energie
lernst du in der 5. Klasse - 6. Klasse

Beschreibung Bewegung und Energie

Inhalt

Bewegungsenergie – Physik

Du weißt bereits, dass es verschiedene Energieformen gibt: zum Beispiel mechanische Energie, chemische Energie oder thermische Energie. Außerdem kennst du die Prinzipien der Energieerhaltung. Du weißt also, dass Energie nicht verloren geht oder verbraucht wird, sondern zwischen verschiedenen Energieformen umgewandelt wird.

Heute wollen wir uns die Bewegungsenergie ein bisschen genauer ansehen. Außerdem schauen wir uns an konkreten Beispielen an, wie Bewegungsenergie übertragen und umgewandelt werden kann.

Bewegungsenergie – Definition

Die Bewegungsenergie wird auch als kinetische Energie bezeichnet und hat das Formelzeichen $E_{kin}$. Sie ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Bewegung hat. Die Bewegungsenergie kannst du mit der folgenden Formel berechnen:

$E_{kin}=\frac{1}{2}mv^{2}$

Die kinetische Energie hängt also von der Masse $m$ und der Geschwindigkeit $v$ des Körpers ab. Wie jede Energieform hat auch die Bewegungsenergie die Einheit Joule $(\pu{J})$.

Bewegungsenergie – Beispiele

Jeder Körper, der sich bewegt, hat eine kinetische Energie größer als null. Das kann ein Auto sein, ein Zug, oder ein Flugzeug. Auch ein Ball, der durch die Luft fliegt, oder ein Mensch, der läuft, hat kinetische Energie. Dabei ist die kinetische Energie größer, je größer die Masse oder die Geschwindigkeit des Körpers ist. Ein fliegendes Flugzeug hat also eine viel größere kinetische Energie als ein laufender Mensch.

Übertragung und Umwandlung von Bewegungsenergie

Natürlich kann auch die Bewegungsenergie eines Körpers auf einen anderen Körper übertragen oder in andere Energieformen umgewandelt werden. Das schauen wir uns nun an zwei Beispielen genauer an.

1. Beispiel – Fahrradfahren am Berg

Wenn du mit deinem Fahrrad fährst, dann musst du Muskelkraft aufbringen, um an Geschwindigkeit zu gewinnen. Wenn du eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht hast, kannst du auf gerader Strecke aber ganz entspannt radeln und hast eine bestimmte Bewegungsenergie – du musst nur noch Reibungsverluste ausgleichen. Wenn du nun über einen Berg fährst, musst du umso mehr Kraft aufwenden, je steiler der Berg ansteigt. Das liegt daran, dass beim Anstieg kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt wird – denn diese nimmt zu, je höher du dich auf dem Berg befindest. Und je steiler der Anstieg ist, desto mehr Höhe gewinnst du pro Meter. Um trotzdem noch genug Bewegungsenergie zu haben, um voranzukommen, musst du viel Kraft aufbringen.
Bergab macht das Ganze dann wieder viel mehr Spaß: Da du an Höhe abnimmst, wird immer mehr potenzielle Energie in Bewegungsenergie umgewandelt. Du wirst also schneller, ohne dafür Kraft aufbringen zu müssen.

2. Beispiel – Der Fahrraddynamo

Ein Fahrraddynamo ist ein kleiner Wechselstromgenerator. Durch die Bewegung des Fahrradreifens dreht sich ein kleiner Permanentmagnet, der sogenannte Rotor. Dieser ist im Falle eines klassischen Seitenläuferdynamos innerhalb einer Spule (Stator) gelagert, im Falle eines Nabendynamos dreht sich der Magnet um eine Spule. Das Funktionsprinzip ist aber in beiden Bauweisen gleich: Durch seine Bewegung und die damit verbundene Änderung des magnetischen Feldes induziert der Permanentmagnet eine Wechselspannung in der Spule. Die Bewegungsenergie des Reifens wird also auf den Permanentmagneten übertragen und durch die Funktionsweise des Dynamos in elektrische Energie umgewandelt. Man bezeichnet einen Dynamo daher auch als Energiewandler.

Und wozu dient nun die im Dynamo induzierte Spannung? In der Regel möchtest du damit deine Fahrradbeleuchtung betreiben. In der Lampe wird die elektrische Energie wieder umgewandelt: Diesmal in Lichtenergie oder auch Strahlungsenergie. Insbesondere in alten Glühlampen wird ein Teil der elektrischen Energie auch in Wärmeenergie umgewandelt. Auch eine Lampe ist ein Energiewandler.

Dieses Video

In diesem Video erhältst du einen kurzen Überblick über die Bewegungsenergie. Außerdem wird dir gezeigt, wie die Bewegungsenergie in andere Energieformen umgewandelt werden kann. Das wird detailliert am Beispiel Dynamo betrachtet. Auch zum Thema Bewegungsenergie findest du interaktive Aufgaben, an denen du dein neu gewonnenes Wissen sogleich testen kannst.

Transkript Bewegung und Energie

Hallo und herzlich willkommen! In diesem Video werden wir uns damit beschäftigen, was Energie ist und wie man eine Energieform in eine andere umwandeln kann. Dass sich eine Energieform in eine andere umwandelt, kommt ständig vor. Wenn du zum Beispiel Fahrrad fährst und den Dynamo einschaltest, dann wandeln sich verschiedene Energieformen ineinander um, sodass am Ende das Licht scheint. Wie das abläuft, wirst du am Ende dieses Videos verstanden haben. Dafür wirst du als erstes lernen, welche Energieformen sich ineinander umwandeln, wenn ein Dynamo Licht an deinem Fahrrad erzeugt. Dann wirst du sehen, welche weiteren Energieformen es gibt und welche Eigenschaften sie haben. Energie ist gespeicherte Arbeit. Mit Energie kann man Arbeit verrichten und zum Beispiel Dinge bewegen. Wie Energie übertragen und umgewandelt wird, wirst du jetzt am Beispiel des Dynamos lernen. Dabei ist es wichtig, zwischen Energieübertragung und Energieumwandlung zu unterscheiden. Energieübertragung bedeutet, dass Energie von einem Körper auf einen anderen übertragen wird. Das passiert zum Beispiel, wenn du Fahrrad fährst. Da trittst du in die Pedale und das Fahrrad bewegt sich. Die Bewegungsenergie deiner Muskeln wird auf das Fahrrad übertragen und es fährt. Ändert sich die Temperatur eines Gegenstandes, so wird auch immer Energie übertragen. Das kannst du ausprobieren, wenn du dein Fahrrad auf den Kopf stellst und einen Reifen andrehst. Wenn sich der Reifen dreht, hat er Bewegungsenergie. Wenn du jetzt mit der Hand den Reifen stoppst, wird deine Hand warm und der Reifen hört auf, sich zu drehen. Die Bewegungsenergie des Reifens wurde in die Wärmeenergie deiner Hand umgewandelt und die Energie vom Reifen auf deine Hand übertragen. Dass Energie übertragen und gewandelt werden kann, macht man sich bei einem Fahrraddynamo zunutze. Wenn du ihn an deinem Reifen dranmachst, dann wird zuerst die Bewegungsenergie des Reifens auf den Dynamo übertragen. Dieser wandelt dann die Bewegungsenergie in elektrische Energie. Die elektrische Energie wird über Kabel an die Glühbirne deiner Lampe übertragen. Die Glühbirne wandelt dann elektrische Energie in Licht. Du siehst also, Licht ist auch eine Form von Energie. Es wird aber nicht alle Energie in Licht umgewandelt. Die Glühbirne wird auch warm. Das heißt, ein Teil der Energie wird auch in Wärme umgewandelt. Geräte, die Energieformen ineinander umwandeln, nennt man Energiewandler. Dynamo und Glühbirne sind solche Energiewandler. Um mit einem Dynamo Licht zu erzeugen, werden die Energieformen also von links nach rechts durchlaufen und mit den Energiewandlern gewandelt. Dabei kann man die Richtung nicht einfach umkehren. Eine Glühbirne zum Beispiel, kann nur elektrische Energie in Licht wandeln. Um Licht in elektrische Energie zu wandeln, braucht man wieder andere Energiewandler. Nun werden wir uns anschauen, was es noch für weitere Energieformen gibt. Wenn du im Flachen Fahrrad fährst, dann wird die Bewegungsenergie deiner Muskeln auf das Fahrrad übertragen. So hat dann auch das Fahrrad Bewegungsenergie. Wenn du jetzt einen Berg hoch fährst, wirst du langsamer, obwohl du genauso fest in die Pedale trittst wie vorher, vielleicht sogar noch fester. Das liegt daran, dass du jetzt zusätzlich Energie aufwenden musst, um an Höhe zu gewinnen. Körpern muss man nämlich Energie zuführen, damit sie an Höhe gewinnen. Dass das so ist, merkst du auch, wenn du den Berg wieder runte rfährst. Dein Fahrrad bewegt sich dann, ohne dass du in die Pedale trittst. In diesem Fall wird dann die Energie, die du durch deine Höhe gewonnen hast, in Bewegungsenergie des Fahrrades umgewandelt. Bei der Energieumwandlung ist es wichtig, zu wissen, dass Energie nicht verloren werden kann. Sie wird immer nur von einer Form in eine andere umgewandelt. Du hast schon gesehen, dass Licht eine Form von Energie ist. Die Glühbirne wandelt elektrische Energie in Licht und strahlt es ab. Licht ist eine Form von Strahlungsenergie. Strahlungsenergie kommt aber nicht nur als Licht vor. Alle Körper mit einer gewissen Temperatur strahlen Strahlungsenergie ab. Sehr heiße Körper, wie zum Beispiel ein glühendes Metallstück oder die Glühwendel einer Glühbirne strahlen diese Energie als Licht ab. Die Sonne ist sehr heiß, deshalb strahlt auch sie Energie ab. Ein Fahrrad fährt mit der Energie deiner Muskeln. Eine Glühbirne strahlt Licht ab, indem sie elektrische Energie in Strahlungsenergie wandelt. Aber was treibt ein Auto an? Ein Auto fährt mit Benzin oder Diesel. In diesen sogenannten Kraftstoffen ist Energie gespeichert. Somit wandelt ein Automotor die im Kraftstoff gespeicherte Energie in Bewegungsenergie um. Ursprünglich kommt diese Energie aber von der Sonne. Kraftstoffe wie Benzin, Diesel oder auch Kohle bestehen nämlich aus Pflanzen. Wenn diese unter bestimmten Bedingungen ganz lange liegen, dann bilden sie Kraftstoffe. Und die Energie, die die Pflanzen wachsen ließ, kam ursprünglich von der Sonne. So, was hast du heute gelernt? Energie kann man von einem Körper auf einen anderen übertragen. Das passiert zum Beispiel, wenn du in die Pedale trittst und die Bewegungsenergie deiner Muskeln auf das Fahrrad übertragen wird. Energie kann auch von einer Form in eine andere gewandelt werden. So wandelt ein Dynamo Bewegungsenergie in elektrische Energie und eine Glühbirne elektrische Energie in Licht. Licht ist eine Form von Strahlungsenergie. Körpern muss man Energie zuführen, damit sie an Höhe gewinnen. Deshalb wirst du langsamer, wenn du einen Berg hoch fährst. In Kraftstoffen, wie Benzin, Diesel und auch in Kohle, ist Energie gespeichert. Sie kommt ursprünglich von der Sonne, die die Pflanzen wachsen ließ, aus denen die Kraftstoffe entstanden sind. Das war es dann auch zum Thema Bewegung und Energie. Ich hoffe, du hast was gelernt. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

20 Kommentare

20 Kommentare
  1. gutes Video, hört sich aber abgelesen an

    :) ;)

    Von Thaddäus, vor 5 Tagen
  2. Hallo

    Von Mats 4, vor mehr als 2 Jahren
  3. Bei frage 1 und 3 nicht durchgeblickt

    Von Leon W., vor mehr als 2 Jahren
  4. Sehr gutes erklärtes Video

    Von Guido Katja, vor fast 3 Jahren
  5. Hallo Praxis 27,

    natürlich lesen wir die Kommentare. Ich würde sie aber darum bitten, dass sie diese Funktion eher dafür nutzen, sich direkt zum jeweiligen Video zu äußern.

    Für die von ihnen angedachten Verbesserungsvorschläge ist auch ein anderes Feedbacktool deutlich besser geeignet. Sie finden es in der Kopfzeile direkt unter dem Videotitel. Eine Sprechblase mit einem "!", "Feedback geben". Damit erreichen sie auch gleich deutlich mehr Personen.

    Um den Fragen und Antworten zum Video mehr Geltung zu verleihen, werde ich nun zeitnah die dargestellte Zahl ihrer Kommentare reduzieren.

    Von Karsten S., vor fast 3 Jahren
Mehr Kommentare

Bewegung und Energie Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Bewegung und Energie kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Definition von Energie.

    Tipps

    Schaue dir die Definition von Energie nochmal an und überlege dir zu den verschiedenen Energieformen Beispiele aus dem Alltag.

    Lösung

    Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten. Anders formuliert: Energie ist gespeicherte Arbeit.

    Alles was sich bewegt, besitzt Bewegungsenergie und mechanisches Abbremsen funktioniert über Reibung. Zum Beispiel die Reibung zwischen einem sich drehenden Reifen und deiner Hand, wenn du ihn abbremst. So funktionieren auch die Bremsen an deinem Fahrrad. Bei Reibung ensteht immer Wärme, also wird Bewegungsenergie in Wärme umgewandelt.

    Auch die beiden Zahnräder drehen sich, also wird Bewegungsenergie übertragen.

  • Gib die Energiearten an, die die Energiewandler umwandeln.

    Tipps

    Überlege dir, wozu die Wandler da sind.

    Lösung

    Ein Dynamo erzeugt aus der Bewegung des Fahrradreifens Licht, also wandelt er Bewegungsenergie in Licht um.

    Eine Lampe funktioniert mit Strom und erzeugt Licht, also wandelt sie elektrische Energie in Licht um.

    Ein Fahrradfahrer der einen Berg hochfährt, muss härter in die Pedale treten als auf einer flachen Strecke, also wandelt er Bewegungsenergie in Höhenenergie um.

  • Erkläre die Funktionsweise des Dynamos.

    Tipps

    Überlege dir, welche Energieformen jeweils vor und nach den Schritten vorliegen.

    Lösung

    Die Energieumwandlung geschieht mit Hilfe von einem Dynamo und einer Glühlampe. Beides sind Energiewandler. Also geschieht die Umwandlung in schon einmal in zwei Schritten. Davor muss die Bewegungsenergie des Reifens noch auf den Dynamo übertragen werden. Also geschieht die Energieumwandlung insgesamt in drei Schritten.

    Die Bewegungsenergie des Reifens wird durch den Dynamo in elektrische Energie umgewandelt. Da es hier auch Reibung gibt, wird ein Teil der Bewegungsenergie nicht in elektrische Energie, sondern in Wärme umgewandelt. Man nennt dies einen Verlust, da diese Wärme nicht mehr für das Licht genutzt werden kann. Die Energie ist aber nicht im eigentlichen Sinne verloren, sie wurde in Wärme umgewandelt.

    Im zweiten Schritt wandelt die Glühbirne elektrische Energie in Licht und Wärme. Licht ist auch eine Energieform, eine Art der Strahlungsenergie.

  • Erkläre die Funktion von Wasserrädern unterschiedlicher Bauart.

    Tipps

    Überlege dir, wodurch das Wasser Energie abgibt.

    Lösung

    Beim unterschlächtigen Wasserrad fließt das Wasser unter dem Rad durch, zieht die Schaufeln mit und treibt es dadurch an. Es treibt das Wasserrad also mit seiner Bewegung an. Also überträgt es Bewegungsenergie auf das Wasserrad. Das Wasser fließt danach langsamer.

    Beim oberschlächtigen Wasserrad fällt das Wasser auf die Schaufeln des Rades und zieht diese mit seinem Gewicht nach unten. Es treibt das Rad also durch seine Höhenenergie an. Danach befindet sich das Wasser in kleinerer Höhe, hat also eine niedrigere potentielle Energie.

  • Beschreibe die Energieumwandlungen eines Fahrradfahrers, der einen Berg hoch- und wieder herunterfährt.

    Tipps

    Spannenergie ist die Energie, die in einer Feder steckt, wenn sie gespannt ist. Wird die Feder losgelassen, wird die Energie freigesetzt und in eine andere Energieform umgewandelt. Der Tischtennisball kann auch als Feder wirken, da er sich verformen lässt und dabei Energie speichert.

    Gehe von deiner Alltagserfahrung aus.

    Lösung

    Ein Fahrradfahrer, der einen Berg hochfährt, muss härter in die Pedale treten als auf einer flachen Strecke, also wandelt er Bewegungsenergie in Höhenenergie um.

    Diese Höhenenergie wird wieder in Bewegungsenergie umgewandelt, wenn er mit dem Fahrrad den Berg hinunterrollt. Er muss nicht treten, also keine Energie aufbringen, um voranzukommen.

    Man kann sagen: Die Bewegungsenergie, die er bergauf zusätzlich aufbringen muss, ist in Höhenenergie "gespeichert". Bergab kann er sie wieder nutzen.

  • Bewerte die Aussagen zum Fadenpendel.

    Tipps

    Stelle dir die Bahn der Masse vor oder lasse selbst ein Pendel schwingen und schaue es dir an. Überlege dir, wo die Masse am schnellsten ist und was das für die Energie bedeutet.

    Lösung

    Wenn die Masse an ihrem höchsten Punkt ist, hält ihre Bewegung für einen kurzen Moment an und fällt wieder zurück. In diesem Moment ist ihre Bewegungsenergie Null, da sie sich ja nicht bewegt.

    Und wo geht die Energie hin? Sie wird gebraucht, um die Höhe zu erreichen, also in Höhenenergie. Dies ist der höchste Punkt. Also ist die Höhenenergie maximal.

    Im niedrigsten Punkt ist die Höhenenergie dann Null und alle Energie der Masse steckt in der Bewegung, also ist die Bewegungsenergie hier maximal.

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