Energy: Important Facts

00:01 Fassen wir einige wichtige Fakten zum Thema Energie zusammen: Sie wissen bereits, dass es eine kinetische Energie gibt.

00:07 Die Formel zu ihrer Berechnung lautet 1/2 Masse * Geschwindigkeit² In dieser Lektion stellen wir Ihnen zwei verschiedene Arten von potentieller Energie vor.

00:15 Ein Objekt, das sich in der Luft befindet, besitzt eine potentielle Gravitationsenergie. Sie kann durch das Loslassen des Objekts freigesetzt und in kinetische Energie umgewandelt werden.

00:24 Die potentielle Gravitationsenergie wird mithilfe der Formel m * g * h (vom Nullpunkt des Koordinatensystems) des Objekts berechnet.

00:30 Jetzt stellen wir die potentielle Energie der Feder vor.

00:31 Diese wird folgendermaßen berechnet: 1/2 k * (x – x0)² Ebenso wissen Sie bereits, dass sich die Gesamtenergie, die erhalten bleibt, aus der Summe der kinetischen und potentiellen Energie ergibt.

00:42 Wir haben bereits all diese Variablen mit ihren verschiedenen Einheiten eingeführt.

00:48 Es ist also sinnvoll, diese erneut zu betrachten, um sicherzustellen, dass Sie nicht durcheinanderkommen.

00:53 Wir haben die potentielle, die kinetische und die totale Energie.

00:57 Jede dieser Energieformen hat die Einheit Joule, da Energie immer in der Einheit Joule angegeben wird.

01:02 Wir fügen sie zu unserer Sammlung von Variablen hinzu, zu denen bereits Masse, Geschwindigkeit, Höhe und die Federkonstante gehören.

01:09 All diese Variablen kommen in unserer Gleichung für die potentielle Energie einer Feder vor.

01:14 Eine letzte Bemerkung: Die nächste Frage verwirrt viele Studentinnen und Studenten. Sie wird häufig gestellt.

01:19 Die potentielle Energie eines Objekts ist Masse * Fallbeschleunigung * Höhe des Objekts über dem Boden.

01:24 Jetzt grabe ich ein Loch unter dem Objekt.

01:27 Würde sich durch das neue Höhenniveau und den neuen Nullpunkt, die potentielle Energie eines Objekts erhöhen? Also brauchen wir nur ein Loch graben, und schon ändert sich unser Höhenniveau? Die Antwort lautet nein, denn die potentielle Energie hat keinen Bezug zu Ihrem definierten Koordinatensystem.

01:45 Das bedeutet: Wenn Sie ein Loch ausheben, ändert sich das Koordinatensystem nicht.

01:52 Wenn Sie Ihren Nullpunkt auf eine andere Höhe setzen, verändert sich ausschließlich Ihr Koordinatensystem.

01:57 Die potentielle Energie wird dadurch nicht größer.

02:00 Die Größe der potentiellen Energie ändert sich erst dann, wenn Sie den Nullpunkt Ihres gesamten Koordinatensystems ändern, denn die potentielle Energie ist unabhängig von ihrem absoluten Wert.

02:09 Nur die tatsächliche Höhenänderung führt zu einer Veränderung der potentiellen Energie.

02:17 Angenommen, ich definiere beispielsweise zwei verschiedene Koordinatensysteme: Im linken grünen Bereich habe ich ein Koordinatensystem, in dem die Bodenlage als 100 definiert ist.

02:25 Das ist möglich, da Sie die Bodenlage des Koordinatensystems immer frei festlegen können.

02:27 Wenn ich dann eine Höhe von eins hätte, wäre meine neue Höhe x = 101.

02:32 Wenn ich in einem anderen Koordinatensystem den Boden hingegen als Nullpunkt festlege, lande ich bei einer Höhe von eins bei x = 1.

02:37 In den geschilderten Fällen haben Sie völlig unterschiedliche Koordinatensysteme und Ausdrücke für die potentielle Energie eines Objekts auf einer bestimmten Höhe.

02:46 Der Abstand zwischen dem Boden und einer definierten Höhe, ändert sich jedoch nicht.

02:52 Dementsprechend unterscheidet sich die potentielle Energie und die Art und Weise, wie sie sich verändert und zur kinetischen Energie beiträgt, in den beiden Fallbeispielen nicht.

02:58 Noch einmal etwas zur potentiellen Energie.

03:00 Sie ist ausschließlich abhängig von Änderungen, die sie selbst betreffen.

03:02 Nur wenn die potentielle Energie beispielsweise in kinetische Energie umgewandelt wird, erhalten wir etwas Physikalisches.

03:08 Beachten Sie also, dass die potentielle Energie relativ ist.

03:12 Sie ist nicht an ein bestimmtes Koordinatensystem gebunden.

03:15 Das heißt: Sie können die Lage Ihres Koordinatensystems frei definieren.

03:17 Denn die Tatsache, dass wir die Formel der potentiellen Energie m * g * h eingeführt haben, bedeutet nicht, dass Sie für jedes Problem den Boden als Nullpunkt wählen müssen.

03:27 Sie können die Lage Ihres Koordinatensystems frei wählen, solange dieses für die gesamte Betrachtung unverändert bleibt.

03:32 Schauen wir uns das Ganze einmal an: Wir kennen die Gleichungen der Bewegung, die Newtonschen Gesetze und das Drehmoment aus dem Thema Kraft.

03:38 Außerdem haben wir gerade besprochen, was Energie ist – sowohl die kinetische als auch einige Arten von potentieller und die Gesamtenergie. Die Energie bleibt stets erhalten, wird aber durch Reibung oder Ähnliches umgewandelt.

03:50 Als Nächstes werden wir uns nun mit der Arbeit befassen.

03:52 Unter Arbeit verstehen wir die Veränderung der Energie, wenn Kräfte auf unser Objekt einwirken.

03:56 Besprechen wir also jetzt das Thema Arbeit, anschließend den Impuls, und dann ist unser Kursabschnitt zum Thema Mechanik abgeschlossen.

04:03 Vielen Dank fürs Zuhören.