Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

Wir haben gesehen: Durch Arbeit (Hub-, Beschleunigungsarbeit) werden die poten- zielle, bzw. kinetische Energie eines Körpers verändert. Andererseits heißt es im- mer, dass die Gesamtenergie erhalten ist. Ist das nicht ein Widerspruch? Um den scheinbaren Widerspruch aufzulösen, ist es zweckmäßig, den Begriff Sys- tem einzuführen. Systeme – abgeschlossen oder offen Ein System besteht aus verschiedenen Körpern, die miteinander in Wechselwir- kung stehen. Den Rest der Welt bezeichnet man als Umgebung oder Umwelt. Es ist immer dann hilfreich, ein System von der Umgebung abzugrenzen, wenn − das System mit seiner Umgebung entweder gar nicht in Wechselwirkung steht ( abgeschlossenes System ) oder − die Wechselwirkung der Umgebung mit dem System einfach beschrieben wer- den kann ( offenes System ). Energieerhaltung im offenen System 66.2 zeigt als Beispiel eine Achterbahn. Das „System“ besteht aus dem Wagen, der Erde und natürlich auch aus den Schienen. Die Schienen führen den Wagen auf seiner Bahn. Zu Arbeit und Energieumsatz tragen die Schienen nichts bei: Die Kraft der Schienen auf den Wagen wirkt im rechten Winkel zur Fahrbahn und ver- richtet keine Arbeit. Den Antrieb zum Hinaufschleppen des Wagens sehen wir als Teil der Umgebung an: Der Elektromotor bezieht elektrische Energie über das Stromnetz von einem entfernten Kraftwerk. Die Fahrt beginnt, indem der Wagen mit den Passagieren die Rampe hoch gezogen wird. Der motorgetriebene Seilzug setzt den Wagen in Bewegung (Beschleuni- gungsarbeit) und hebt den Wagen (Hubarbeit). Dabei erhöht er die potenzielle Ener- gie des Wagens, bis der höchste Punkt erreicht ist. Die Gesamtenergie, potenzielle und kinetische Energie, erhöht sich vom Anfangswert E ges, Anfang auf den Endwert E ges, Ende . Für diesen Teil der Fahrt gilt daher: Energieerhaltungssatz für offene Systeme Mechanische Arbeit W aus der Umgebung ändert die Gesamtenergie des Systems E ges, Ende – E ges, Anfang = W. 65.1 Der rasche Wechsel zwischen großer kine- tischer bzw. potenzieller Energie auf der Ach- terbahn sorgt für Nervenkitzel. 65.2 Stroboskopaufnahme eines Fadenpen- dels. Die mehrfache Belichtung des Fotos er- folgte in gleichen Zeitabständen. Wo bewegt sich der Pendelkörper schnell, wo langsam? Elektrische Energie Motor Offenes System 65.3 Auffahrt zur Achterbahnfahrt. Der Motor hebt den Wagen die Rampe hoch, die Energie dazu kommt aus dem Stromnetz. 2 Energieerhaltung In diesem Kapitel erfährst du, − was Energieerhaltung bedeutet, − dass Energieformen in einander umgewandelt werden können, − dass ein Perpetuum mobile unmöglich ist, − wie Energie gespeichert werden kann. 65 | ENERGIE/THERMODYNAMIK Nur zu Prüfzwecken – Ei entum des Verlags öbv