Energie bei der Bewegung

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.

Kurze Zusammenfassung vom Video Bewegung und Energie

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.