Energieerhaltung
Wenn sich ein Objekt bewegt, kann seine Energie zwischen Bewegung (kinetische Energie) und Position (potenzielle Energie) hin und her wechseln, aber die gesamte mechanische Energie bleibt gleich, solange Reibung und Luftwiderstand nichts davon stehlen. Ein fallendes Objekt tauscht Höhe gegen Geschwindigkeit, und ein steigendes Objekt tauscht Geschwindigkeit gegen Höhe — die Summe ändert sich nie.
E = ½ · m · v² + m · g · h
- E — gesamte mechanische Energie (J): die kombinierte Energie aus Bewegung und Position, konstant ohne Reibung
- m — Masse (kg): wie viel Materie das Objekt enthält
- v — Geschwindigkeit (m/s): wie schnell sich das Objekt in diesem Moment bewegt
- g — Gravitationsbeschleunigung (m/s²): die Stärke der Gravitationsanziehung, etwa 9.8 m/s² nahe der Erdoberfläche
- h — Höhe (m): wie weit über einem Referenzniveau das Objekt ist
Ein 2 kg schwerer Ball schwingt durch seine Bahn in einer Höhe von 5 m über dem Boden und bewegt sich mit 4 m/s. Unter Verwendung von g = 9.8 Metern pro Quadratsekunde, wie groß ist seine gesamte mechanische Energie?
- m = 2 kg
- v = 4 m/s
- h = 5 m
- E = ½ · m · v² + m · g · h
- E = ½ · 2 kg · (4 m/s)² + 2 kg · 9.8 m/s² · 5 m
E = 114 J