Kinetische Energie ist die Energie der bewegten Masse. Die kinetische Energie eines Objekts ist die Energie, die es aufgrund seiner Bewegung hat.

In der Newtonschen (klassischen) Mechanik, die makroskopische Objekte beschreibt, die sich mit einem kleinen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bewegen, kann die kinetische Energie (E) eines sich bewegenden massiven Körpers sein berechnet als die Hälfte seiner Masse (m) mal dem Quadrat seiner Geschwindigkeit (v): E = ½ mv2. Es ist zu beachten, dass Energie eine skalare Größe ist, d. H. Sie hängt nicht von der Richtung ab und ist immer positiv. Wenn wir die Masse verdoppeln, verdoppeln wir die Energie; Wenn wir jedoch die Geschwindigkeit verdoppeln, erhöht sich die Energie um den Faktor vier.

Machen Sie sich an die Arbeit

Die vielleicht wichtigste Eigenschaft der kinetischen Energie ist ihre Fähigkeit, Arbeit zu leisten. Arbeit ist definiert als Kraft, die in Bewegungsrichtung auf ein Objekt wirkt. Arbeit und Energie sind so eng miteinander verbunden, dass sie austauschbar sind. Während die Bewegungsenergie normalerweise als E = ½ mv2 ausgedrückt wird, wird Arbeit (W) häufiger als Kraft (F) mal Abstand (d) betrachtet: W = Fd. Wenn wir die kinetische Energie eines massiven Objekts ändern wollen, müssen wir daran arbeiten.

Um beispielsweise ein schweres Objekt anzuheben, müssen wir daran arbeiten, die durch die Schwerkraft verursachte Kraft zu überwinden und das Objekt nach oben zu bewegen. Wenn das Objekt doppelt so schwer ist, ist doppelt so viel Arbeit erforderlich, um es um dieselbe Strecke anzuheben. Es ist auch doppelt so viel Arbeit erforderlich, um dasselbe Objekt doppelt so weit anzuheben. Um ein schweres Objekt über einen Boden zu schieben, müssen wir die Reibungskraft zwischen Objekt und Boden überwinden. Die erforderliche Arbeit ist proportional zum Gewicht des Objekts und der Entfernung, um die es bewegt wird. (Beachten Sie, dass Sie, wenn Sie ein Klavier auf dem Rücken in einem Flur tragen, keine wirkliche Arbeit leisten.)

Potenzielle Energie

Kinetische Energie kann gespeichert werden. Zum Beispiel erfordert es Arbeit, ein Gewicht anzuheben und auf ein Regal zu stellen oder eine Feder zusammenzudrücken. Was passiert dann mit der Energie? Wir wissen, dass Energie erhalten bleibt, d. H. Nicht erzeugt oder zerstört werden kann; Es kann nur von einem Formular in ein anderes konvertiert werden. In diesen beiden Fällen wird die kinetische Energie in potentielle Energie umgewandelt, da sie zwar keine Arbeit leistet, aber das Potenzial hat, Arbeit zu leisten. Wenn wir das Objekt aus dem Regal fallen lassen oder die Feder loslassen, wird diese potentielle Energie wieder in kinetische Energie umgewandelt.

Kinetische Energie kann bei einer Kollision, die elastisch oder unelastisch sein kann, auch von einem Körper auf einen anderen übertragen werden. Ein Beispiel für eine elastische Kollision wäre eine Billardkugel, die auf eine andere trifft. Ohne Berücksichtigung der Reibung zwischen den Bällen und des Tisches oder jeglicher Drehung, die dem Spielball verliehen wird, entspricht die kinetische Gesamtenergie der beiden Bälle nach der Kollision idealerweise der kinetischen Energie des Spielballs vor der Kollision.

Ein Beispiel für eine unelastische Kollision könnte ein sich bewegender Waggon sein, der gegen einen ähnlichen stehenden Wagen stößt und an diesen koppelt. Die Gesamtenergie würde gleich bleiben, aber die Masse des neuen Systems würde sich verdoppeln. Das Ergebnis wäre, dass die beiden Autos mit einer niedrigeren Geschwindigkeit in die gleiche Richtung weiterfahren, so dass mv22 = ½ mv12 ist, wobei m die Masse eines Autos ist, v1 die Geschwindigkeit des ersten Autos ist und v2 die Geschwindigkeit der gekoppelten Autos danach ist die Kollision. Wenn wir durch m teilen und die Quadratwurzel beider Seiten ziehen, erhalten wir v2 = √2 / 2 ∙ v1. (Beachten Sie, dass v2 ≠ ½v1 ist.)

Zusätzlich kann kinetische Energie in andere Energieformen umgewandelt werden und umgekehrt. Beispielsweise kann kinetische Energie durch einen Generator in elektrische Energie oder durch die Bremsen eines Autos in Wärmeenergie umgewandelt werden. Umgekehrt kann elektrische Energie durch einen Elektromotor wieder in kinetische Energie umgewandelt werden, Wärmeenergie kann durch eine Dampfturbine in kinetische Energie umgewandelt werden und chemische Energie kann durch einen Verbrennungsmotor in kinetische Energie umgewandelt werden.

Jim Lucas ist ein freiberuflicher Autor und Herausgeber, der sich auf Physik, Astronomie und Ingenieurwesen spezialisiert hat. Er ist General Manager von Lucas Technologies.