10 Digitales Zusatzmaterial g3eu49 96 Sicher bist du schon im Freizeitpark mit einer Hochschaubahn gefahren. Hast du dabei daran gedacht, wie viel Physik in dieser Fahrt steckt? In diesem Kapitel erfährst du, dass mechanische Energie ständig im Wandel ist und was der Wirkungsgrad von elektrischen Geräten bedeutet. Energieerhaltung und Wirkungsgrad Energie und Leistung Energieerhaltung in einem abgeschlossenen System Lass einen Flummi fallen und beobachte ihn. Welche Arten der mechanischen Energie sind hier vorhanden? Wir wollen die Energie in einem idealen abgeschlossenen System „Flummi-Boden“ genauer betrachten. „Abgeschlossen und ideal“ bedeutet, dass wir den Kontakt mit der Umgebung sowie die Reibungskräfte von Luft und Boden ignorieren. Das ist eine ideale Modellvorstellung: In der Natur kommen keine idealen abgeschlossenen Systeme vor. Trotzdem hilft uns das Modell, die Energieerhaltung besser zu verstehen. (B1) Bevor du den Flummi loslässt, hat das System „Flummi-Boden“ eine Lageenergie. Sie ist umso größer, je größer der Höhenunterschied h und die Masse m des Flummis ist. (B2) Während des Falls nach unten nimmt der Höhenunterschied und somit die Lageenergie ab. Durch die Gravitation wird der Flummi immer schneller. Die Bewegungsenergie ist von der Masse und dem Tempo des Flummis abhängig: Sie nimmt daher zu. Kurz vor dem Aufprall am Boden ist die Bewegungsenergie am größten und die Lageenergie am kleinsten. (B3) Beim Aufprall verformt sich der Flummi. Es kommt zu einer Umwandlung von Bewegungsenergie in Spannenergie und der Flummi ändert die Richtung der Bewegung. Er springt nach oben. (B4) Auf dem Weg nach oben nimmt die Lageenergie wieder zu. Dabei nimmt die Bewegungsenergie ab, denn der Flummi wird langsamer. Wenn der Flummi seine ursprüngliche Höhe erreicht hat, beginnt der Ablauf von vorne. Die Gesamtenergie des Systems „Flummi-Boden“ bleibt immer gleich: Nur die Anteile der verschiedenen Energiearten sind zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedlich groß. Lass noch einmal den Flummi fallen und beobachte ihn. Wie und warum unterscheidet sich dein Versuch vom idealen System „FlummiBoden“? ï In einem abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie immer gleich. Verschiedene Energieformen können innerhalb des Systems ineinander umgewandelt werden. ï Lageenergie ist am größten m h B1 Vor dem Fallenlassen Lageenergie nimmt ab Bewegungsenergie nimmt zu m h B2 Fall nach unten Lageenergie gleich Null Bewegungsenergie gleich Null Spannenergie groß m h B3 Verformung am Boden Lageenergie nimmt zu Bewegungsenergie nimmt ab m h B4 Bewegung nach oben Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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