Potentielle-Energie-Rechner — Schritt-für-Schritt-Lösungen
Der Potentielle-Energie-Rechner berechnet Gravitationsenergie, elastische Energie, kinetische Energie und wendet den Energieerhaltungssatz an.
Geben Sie die bekannten Größen ein und erhalten Sie das Ergebnis mit vollständigem Lösungsweg und verwendeten Formeln.
So verwenden Sie den Potentielle-Energie-Rechner
- Wählen Sie einen Berechnungsmodus: Gravitationsenergie, Elastische Energie, Kinetische Energie oder Energieerhaltung.
- Für Gravitationsenergie geben Sie Masse (kg), Höhe (m) und Fallbeschleunigung (Standard 9,81 m/s quadrat) ein. PE = mgh.
- Für elastische Energie geben Sie die Federkonstante k (N/m) und die Auslenkung x (m) ein. PE = 0,5 mal k mal x quadrat.
- Für kinetische Energie geben Sie Masse (kg) und Geschwindigkeit (m/s) ein. KE = 0,5 mal m mal v quadrat.
- Für Energieerhaltung geben Sie Masse, Anfangshöhe, Anfangsgeschwindigkeit und Endhöhe ein.
Formel und Theorie
Potentielle Energie ist gespeicherte Energie aufgrund der Position oder Konfiguration eines Objekts. Gravitationsenergie (PE = mgh) hängt von Masse, Gravitationsfeld und Höhe ab.
Elastische potentielle Energie (PE = 0,5 mal k mal x quadrat) ist in einem verformten elastischen Objekt wie einer Feder gespeichert.
Kinetische Energie (KE = 0,5 mal m mal v quadrat) ist die Bewegungsenergie. Eine Verdopplung der Geschwindigkeit vervierfacht die kinetische Energie.
Der Energieerhaltungssatz besagt, dass in einem abgeschlossenen System die Gesamtenergie konstant bleibt. Ohne Reibung gilt: PE_i + KE_i = PE_f + KE_f.
Durchgerechnete Beispiele
Beispiel 1: Gravitationsenergie
Aufgabe: Ein 10 kg schweres Objekt befindet sich 5 m über dem Boden. Wie groß ist seine Gravitationsenergie? (g = 9,81)
Lösung: PE = mgh = 10 * 9,81 * 5 = 490,5.
Antwort: 490,5 J
Beispiel 2: Elastische Energie
Aufgabe: Eine Feder mit k = 200 N/m wird um 0,1 m zusammengedrückt. Elastische Energie?
Lösung: PE = 0,5 * k * x^2 = 0,5 * 200 * 0,01 = 1.
Antwort: 1 J
Beispiel 3: Kinetische Energie
Aufgabe: Ein 2 kg Ball bewegt sich mit 8 m/s. Kinetische Energie?
Lösung: KE = 0,5 * m * v^2 = 0,5 * 2 * 64 = 64.
Antwort: 64 J
Beispiel 4: Energieerhaltung
Aufgabe: Ein 3 kg Ball wird aus 20 m Höhe fallengelassen. Geschwindigkeit kurz vor dem Aufprall?
Lösung: mgh = 0,5mv^2. v = sqrt(2gh) = sqrt(2 * 9,81 * 20) = 19,81.
Antwort: 19,81 m/s