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Potentielle Energie

potentielle Energie berechnen

Berechnen Sie hier ohne viel Aufwand die potenzielle Energie. Geben Sie dazu unten die Masse in Kg und die Fallhöhe in Metern an.

Masse [kg]  
Fallhöhe [m]  

Für nahezu alle Situationen im Leben wird Energie benötigt. Ob beim Herunterfallen von einem Baum, beim Verrichten von Arbeiten oder beim Abbremsen. Hierbei wird zwischen kinetischer sowie potenzieller Energie unterschieden. Denn potenzielle Energie ist aufgrund der Lage/Position gegeben und nicht wie bei der kinetischen Energie durch die Bewegung des entsprechenden Körpers. Am besten ist das Fallen eines Körpers als Beispiel zu nehmen, da hier potenzielle Energie entsteht. Dazu ist das Gewicht des Körpers sowie die Fallhöhe über die Kraft der potenzielle Energie entscheidend.

Welche Aufgabe hat das Tool zur Berechnung potenzieller Energie?

Das Tool berechnet anhand der eingegebenen Daten, Maße und Fallhöhe, wie hoch die potenzielle Energie des Körpers ist. Das kann in diesem Fall ein Mensch, eine Melone, eine Mausefalle oder auch eine Tasse sein. Das Tool benötigt dazu grundsätzlich nur die Maße in KG und die Fallhöhe in Meter.

Beispielrechnung einer potenziellen Energie

Ein Turmspringer befindet sich auf einem 7-Meter Brett. Mit einem Gewicht von 65KG möchte er von dem Turm in die Tiefe springen. Vor dem Absprung befindet sich bereits potenzielle Energie in ihm. Diese rechnet das Tool anhand der Kilogrammangabe sowie der Höhenangabe aus. Als Ergebnis befindet sich im Springer 4.463,55 Nm potenzielle Energie.

Auch eine Mausefalle wäre durchaus mit potenzieller Energie zu vergleichen. Wobei in relativ geschwächter Form. Da das Gewicht natürlich deutlich geringer ist, welches in diesem Beispiel auf 0,2KG berechnet wird und aus einer Fallhöhe von 2 Metern fällt. Das Tool findet heraus, dass die Mausefalle 3,92Nm potenzielle Energie aufweist.

Formel des Tools

Als Formel nutzt das Tool natürlich die korrekten mathematischen sowie physikalischen Formeln, um die potenzielle Energie zu berechnen. Diese lautet:

U = m*g*h
= 65KG*9,81 m/s²*7m
= 4.463,55 Nm

Klingt kompliziert ist aber im Grunde sehr einfach. Doch dafür ist das Tool schließlich gedacht, um genau diese augenscheinlich komplizierte Formel ganz einfach zu berechnen.

Wie genau ist das Ergebnis des Tools?

Anhand der Angaben berechnet das Tool die mögliche potenzielle Energie. Dabei ist entscheidend, dass alle Daten exakt mit den tatsächlichen Werten übereinstimmen, damit die potenzielle Energie korrekt ausgerechnet werden kann. Daher kann keine Garantie gegeben werden, weil das Tool die Richtigkeit nicht prüfen kann. Dennoch sind schätzungsweise 97% der Ergebnisse korrekt.

Für wen ist das Tool von Interesse?

Das obliegt natürlich den Interessenten und kann pauschal nicht beantwortet werden. Da die potenzielle Energie in der Physik häufig genutzt wird, könnten Schüler, Lehrer sowie Studenten mit dem Rechner viel anfangen. Auch Interessenten, die sich aus Leidenschaft, mit Energien beschäftigen, sind hier richtig aufgehoben. Im Grunde darf das Tool jeder nutzen, wenn der Spaß an solchen Formeln da ist.

Sonstige Informationen über das Tool

Das Tool darf kostenfrei sowie unverbindlich genutzt werden. Alle eingegebenen Daten werden selbstverständlich nicht gespeichert. Darüber hinaus werden keine personenbezogenen Daten gefordert und keine Endgelder erhoben.


Häufig gestellte Fragen

Praxisbeispiel zur Berechnung der potentiellen Energie

Ein Schwimmer steigt im Schwimmbad auf den 10-Meter-Turm. Er wiegt 75 kg und macht sich zum Absprung bereit. Welche potentielle Energie ist vor dem Absprung in ihm gespeichert?

U    = m * g * h
    = 75 kg * 9,81 m / s² * 10 m
    = 7357,5 J

Welche potentielle Energie hat er beim Eintauchen ins Wasser (der weitere Fall unter Wasser sei vernachlässigt)?

U    = m * g * h
    = 75 kg * 9,81 m / s² * 0 m
    = 0 J

Die gesamte potentielle Energie wurde durch den Fall in kinetische Energie umgewandelt!

 

Was versteht man unter potentieller Energie?

Die potentielle Energie ist anders als die kinetische Energie nicht an die Bewegung eines Körpers geknüpft, sondern nur an seine Lage (Position) in einem Gravitationsfeld. Ein anderer Begriff für die potentielle Energie ist deshalb auch „Energie der Lage“.

Ähnlich wie bei der kinetischen Energie hilft auch bei der potentiellen Energie die Vorstellung, dass das Abbremsen eines herabfallenden Körper Energie benötigt. Die im Körper gespeicherte kinetische Energie wird beim Fallen aus einer bereits zuvor im Körper gespeicherten Energieform gewonnen: der potentiellen Energie. Je tiefer der Körper fällt, umso mehr seiner potentiellen Energie wird in kinetische Energie umgewandelt.

Potentielle und kinetische Energie sind in den meisten mechanischen Systemen eng verbunden: Bei einem als Beispiel herangezogenen Pendel findet eine ständige Verschiebung der gespeicherten Energie zwischen potentieller und kinetischer Form statt.

 

Wie wird die potentielle Energie berechnet?

Für die potentielle Energie werden verschiedene Formelzeichen verwendet. Neben Epot wird auch häufig das „U“ herangezogen, dass an dieser Stelle auch in allen weiteren Darstellungen verwendet wird. Die Formel der potentiellen Energie beinhaltet die drei bestimmenden Größen:

der Masse des fallenden Körpers (m)
der Fallhöhe des Körpers (h) und
der Kraft, mit der der Körper nach unten gezogen wird (meist der Erdbeschleunigung g)

U    = m * g * h

Die Erdbeschleunigung g ist auf der Erde mit 9,81 m / s² als Konstante zu verwenden. Auf anderen Planeten müssen die jeweils dort geltenden Werte herangezogen werden.

 

Wo spielt die potentielle Energie eine wesentliche Rolle?

Mit dem bereits als Beispielsystem eingeführten Pendel, lässt sich die Rolle der potentiellen Energie in technischen Systemen darstellen. Das nach oben schwingende Pendel verliert an Geschwindigkeit, die kinetische Energie wird in potentielle Energie umgewandelt. In der Umkehrung wird das Pendel beim Herabfallen eine umso höhere Geschwindigkeit erreichen, je mehr potentielle Energie zuvor in ihm gespeichert war – wenn das Pendel also von einer größeren Fallhöhe gestartet wurde.

Technisch relevant ist dies beispielsweise bei Pumpspeicherwerken. Hier wird Wasser mit überschüssiger Energie in ein oben liegenden (Speicher)Becken gepumpt und dann zu einem anderen Zeitpunkt - bei bestehendem Energiebedarf - durch Rohrsysteme und Turbinen wieder nach unten „fallen gelassen“. Je größer der Höhenunterschied ist, desto mehr potentielle Energie kann in kinetische und von da über die Turbine in elektrische umgewandelt werden.

 



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