Arbeitsblatt: Energie = Arbeit

Steine die arbeiten Die Frage, ob Steine Arbeit verrichten können, ist wohl merkwürdig. Betrachten wir aber das nebenstehende Bild, bekommt diese Frage doch einen Sinn. Steine können wenn auch unerwünschte Arbeit verrichten. Beantworte folgende Fragen schriftlich. Worin unterscheiden sich die hier abgebildeten Steine? Welche Steine könnten für das Haus gefährlich werden? Weshalb? Körper, die hinunterstürzen, verrichten Arbeit. Die erhöhte Lage befähigt sie dazu. Diese Fähigkeit, Arbeit verrichten zu können, nennen wir Energie. Ist der Stein (Körper) hinuntergestürzt, besitzt er keine gespeicherte Arbeit (Energie) mehr. Wie könntest du einem Körper wieder Energie zurückgeben (speichern)? Lageenergie wird auch genannt. Bewegte Körper haben Energie • • • • Autos, die zusammenstossen, benutzen ihre Bewegung, um Bleche zu verformen. Ein bewegter Stein kann eine Fensterscheibe zertrümmern. Ein bewegter Hammer schlägt einen Nagel ein. Eine bewegte Axt spaltet Holz. Die Bewegungsenergie wird auch als bezeichnet. Aufgabe: • • • • Nenne einige Beispiele, wo Bewegungsenergie mit im Spiel ist. Aufgabe: Betrachte untenstehendes Bild. Welche dir bereits bekannten Energieformen treten hier in den einzelnen Phasen (Anlauf, Aufstieg, Kulminationspunkt und Fall) auf? • Ein gespannter Bogen kann einen Pfeil beschleunigen. • Zusammengedrückte Luft kann in einem Luftgewehr eine Kugel beschleunigen. • Des Lausbuben gespannte Steinschleuder beschleunigt einen Stein. • Die gespannte Uhrfeder einer mechanischen Uhr treibt das Uhrwerk an. • Eine gespannte Feder (oder zusammengepresste Luft) hebt beim Öffnen des Kofferraums automatisch den Deckel. Einige Körper lassen sich verformen, möchten aber nach der Verformung wieder ihre ursprüngliche Form einnehmen. Solche Körper sind elastische Körper. Die Arbeit, welche verrichtet wird, um den elastischen Körper zu verformen, ist nun gespeichert. Der elastische Körper besitzt jetzt Energie. Bei der Rückkehr zur ursprünglichen Form wird die gespeicherte Arbeit (Energie) wieder freigesetzt. Energie, welche in elastischen Körpern auftritt, heisst: Aufgabe: Betrachte das untenstehende Bild. Welche Arbeit wird in den einzelnen Phasen verrichtet? Welche dir bekannten Energieformen treten auf? • Ein entfachtes Streichholz erzeugt ganz schön viel Wärme. • Holzstücke im Lagerfeuer spenden wohlige Wärme. • Das Patronenpulver beschleunigt eine Gewehrkugel innert Sekundenbruchteilen auf horrende Geschwindigkeit. • Eine grosse Kerze kann für Stunden Licht und Wärme spenden. • Treibstoffe bringen gewaltige Massen (Flugzeuge, Fahrzeuge, Maschinen ) in Bewegung. • Batterien treiben Motoren an. Wo liegt denn hier die verborgene Energie (gespeicherte Arbeit)? In einigen Stoffen muss folglich in irgend einer Form gespeicherte Arbeit vorliegen. Diese Energie kann durch chemische Vorgänge freigesetzt werden. Aufgabe: Nenne ein paar chemische Energieträge Heute wird oft über verlorene Energien diskutiert. Kann denn Energie überhaupt verloren gehen? Nein! Energie, welche zum Arbeiten benutzt wird, ist im physikalischen Sinne nicht verbraucht, sondern umgewandelt worden. Richtigerweise müssten wir nicht von Energieverbrauch, sondern von sprechen. Dazu erklärende Beispiele: • Ein Bogen, der gespannt wird, erhält durch deine Muskelarbeit Spannenergie. Diese Spannenergie geht beim Pfeilabschuss nicht einfach verloren. Aus der Spannenergie wird Bewegungsenergie. Mit dieser Bewegungsenergie wird höchstwahrscheinlich das Ziel verformt (Verformungsarbeit). • Der in einem Motorfahrzeug verbrauchte Treibstoff wird in Bewegungsenergie und in Wärmeenergie umgesetzt. • Die in einer Glühlampe verbrauchte Elektrische Energie wird zu Lichtenergie und zu Wärmeenergie. Na Energie Steine die arbeiten Die Frage, ob Steine Arbeit verrichten können, ist wohl merkwürdig. Betrachten wir aber das nebenstehende Bild, bekommt diese Frage doch einen Sinn. Steine können wenn auch unerwünschte Arbeit verrichten. Beantworte folgende Fragen schriftlich. Worin unterscheiden sich die hier abgebildeten Steine? Grösse Masse Lage Höhe Welche Steine könnten für das Haus gefährlich werden? Weshalb? Nur die Steine in erhöhter Lage und mit grosser Masse sind gefährlich. Körper, die hinunterstürzen, verrichten Arbeit. Die erhöhte Lage befähigt sie dazu. Diese Fähigkeit, Arbeit verrichten zu können, nennen wir Energie. Energie ist demnach gespeicherte Arbeit. Ist der Stein (Körper) hinuntergestürzt, besitzt er keine gespeicherte Arbeit (Energie) mehr. Wie könntest du einem Körper wieder Energie zurückgeben (speichern)? Energie von Körpern, welche auf ihre Lage (Höhe) zurückzuführen ist, heisst Lageenergie Lageenergie wird auch Potentielle Energie genannt. Bewegte Körper haben Energie • • • • Autos, die zusammenstossen, benutzen ihre Bewegung, um Bleche zu verformen. Ein bewegter Stein kann eine Fensterscheibe zertrümmern. Ein bewegter Hammer schlägt einen Nagel ein. Eine bewegte Axt spaltet Holz. Bewegte (beschleunigte) Gegenstände verrichten Arbeit Sie besitzen jetzt Bewegungsenergie Die Bewegungsenergie wird auch als Kinetische Energie bezeichnet. Aufgabe: • • • • Nenne einige Beispiele, wo Bewegungsenergie mit im Spiel ist. Eine bewegte Hand kann einen Ball verformen Ein bewegter Vogelflügel kann Knochen brechen Ein sich drehendes Kreissägeblatt teilt Werkstücke Eine von einem Kran bewegte Stahlkugel bringt Mauern zum Einsturz Aufgabe: Betrachte untenstehendes Bild. Welche dir bereits bekannten Energieformen treten hier in den einzelnen Phasen (Anlauf, Aufstieg, Kulminationspunkt und Fall) auf? Lageenergie Bewegungs- und Lageenergie Bewegungsenergie Bewegungsenergie • Ein gespannter Bogen kann einen Pfeil beschleunigen. • Zusammengedrückte Luft kann in einem Luftgewehr eine Kugel beschleunigen. • Des Lausbuben gespannte Steinschleuder beschleunigt einen Stein. • Die gespannte Uhrfeder einer mechanischen Uhr treibt das Uhrwerk an. • Eine gespannte Feder (oder zusammengepresste Luft) hebt beim Öffnen des Kofferraums automatisch den Deckel. Einige Körper lassen sich verformen, möchten aber nach der Verformung wieder ihre ursprüngliche Form einnehmen. Solche Körper sind elastische Körper. Die Arbeit, welche verrichtet wird, um den elastischen Körper zu verformen, ist nun gespeichert. Der elastische Körper besitzt jetzt Energie. Bei der Rückkehr zur ursprünglichen Form wird die gespeicherte Arbeit (Energie) wieder freigesetzt. Energie, welche in elastischen Körpern auftritt, heisst: elastische Energie Aufgabe: Betrachte das untenstehende Bild. Welche Arbeit wird in den einzelnen Phasen verrichtet? Welche dir bekannten Energieformen treten auf? Spannen Bewegungsenergie Verharren Entspannen Lageenergie Elastische Energie Abschiessen Bewegungsenergie • Ein entfachtes Streichholz erzeugt ganz schön viel Wärme. • Holzstücke im Lagerfeuer spenden wohlige Wärme. • Das Patronenpulver beschleunigt eine Gewehrkugel innert Sekundenbruchteilen auf horrende Geschwindigkeit. • Eine grosse Kerze kann für Stunden Licht und Wärme spenden. • Treibstoffe bringen gewaltige Massen (Flugzeuge, Fahrzeuge, Maschinen ) in Bewegung. • Batterien treiben Motoren an. Wo liegt denn hier die verborgene Energie (gespeicherte Arbeit)? In einigen Stoffen muss folglich in irgend einer Form gespeicherte Arbeit vorliegen. Diese Energie kann durch chemische Vorgänge freigesetzt werden. Energie aus Stoffen, denen durch chemische Vorgänge die gespeicherte Arbeit entlockt werden kann, nennen wir chemische Energie Aufgabe: Nenne ein paar chemische Energieträge Schwarzpulver, Benzin, Dynamit, Diesel, Holz Heute wird oft über verlorene Energien diskutiert. Kann denn Energie überhaupt verloren gehen? Nein! Energie, welche zum Arbeiten benutzt wird, ist im physikalischen Sinne nicht verbraucht, sondern umgewandelt worden. Richtigerweise müssten wir nicht von Energieverbrauch, sondern von Energieumwandlung sprechen. Dazu erklärende Beispiele: • Ein Bogen, der gespannt wird, erhält durch deine Muskelarbeit Spannenergie. Diese Spannenergie geht beim Pfeilabschuss nicht einfach verloren. Aus der Spannenergie wird Bewegungsenergie. Mit dieser Bewegungsenergie wird höchstwahrscheinlich das Ziel verformt (Verformungsarbeit). • Der in einem Motorfahrzeug verbrauchte Treibstoff wird in Bewegungsenergie und in Wärmeenergie umgesetzt. • Die in einer Glühlampe verbrauchte Elektrische Energie wird zu Lichtenergie und zu Wärmeenergie.