Kinetische Energie ist die Energie der Bewegung. Dies kann die Bewegung großer Objekte (makroskopische kinetische Energie) oder die Bewegung kleiner Atome und Moleküle (mikroskopische kinetische Energie) sein. Makroskopische kinetische Energie ist „hochwertige“ Energie, während mikroskopische kinetische Energie ungeordneter und „minderwertiger“ ist.“
Es gibt eine Simulation, mit der man bei potentieller Energie spielen kann, die die Wechselwirkung von potentieller Gravitationsenergie, kinetischer Energie und Federenergie zeigt. Eine Simulation unten zeigt, wie Energie zwischen kinetischer Energie und potentieller Gravitationsenergie hin und her fließt, und eine andere Simulation weiter unten zeigt, wie Reibung bewirkt, dass makroskopische kinetische Energie zu mikroskopischer kinetischer Energie wird.
Rotationskinetische Energie ist auch eine Form der kinetischen Energie, die von einem sich drehenden Objekt stammt.
Makroskopische kinetische Energie
Dies ist die offensichtlichste Form von Energie, da sie am einfachsten zu beobachten ist. Dies ist die Energie, die bewegte Objekte besitzen. Je größer ein Objekt ist oder je schneller es sich bewegt, desto mehr kinetische Energie hat es. Die Summe aus potentieller Energie und makroskopischer kinetischer Energie wird als mechanische Energie bezeichnet und bleibt für ein System konstant, wenn nur konservative Kräfte vorhanden sind (keine nicht konservativen Kräfte).
Die kinetische Energie wird nach folgender Formel berechnet:
- E ist Energie, gemessen in Joule (J)
- m ist Masse, gemessen in Kilogramm (kg)
- v ist Geschwindigkeit, gemessen in Metern pro Sekunde (m / s)
- Je mehr Masse ein sich bewegendes Objekt hat, desto mehr kinetische Energie besitzt es bei gleicher Geschwindigkeit. Ein 2000-kg-Auto, das sich mit 14 m / s bewegt, hat doppelt so viel kinetische Energie wie ein 1000-kg-Auto, das sich mit äquivalenten 14 m / s bewegt.
- Da der Geschwindigkeitsterm in dieser Formel quadriert ist, hat die Geschwindigkeit einen viel größeren Einfluss auf die kinetische Energie als die Masse. Ein Auto, das sich mit der doppelten Geschwindigkeit eines anderen Autos gleicher Masse bewegt, hat 22 oder viermal so viel kinetische Energie. Ein Auto, das sich mit der dreifachen Grundgeschwindigkeit bewegt, hat das 32- oder neunfache der ursprünglichen kinetischen Energie!
Einige Möglichkeiten, makroskopische kinetische Energie zu nutzen, sind:
Windkraft nutzt die kinetische Energie bewegter Luftkörper (Wind) und wandelt sie in Elektrizität um. Wind selbst entsteht zunächst durch komplexe Muster von Veränderungen der Wärmeenergie, wenn die Atmosphäre und die Ozeane von der Sonne erwärmt und gekühlt werden. (Die Sonne kühlt eigentlich keine Objekte, aber die Sonne scheint nie die ganze Zeit auf ein Objekt auf der Erde!)
Wasserkraft nutzt die kinetische Energie von bewegtem Wasser, wenn es fällt (in einem Wasserfall oder Staudamm)
Gezeitenkraft nutzt die Energie von bewegtem Wasser, wenn es sich aufgrund von Gezeiten hin und her bewegt
PhET: Energy skate Park
Die University of Colorado hat uns freundlicherweise erlaubt, die folgende PhET-Simulation zu verwenden. Erkunden Sie diese Simulation, um zu sehen, wie potentielle Gravitationsenergie und kinetische Energie hin und her gehen, aber die mechanische Energie gleich halten. Beachten Sie, wie mechanische Energie verloren gehen und in thermische Energie umgewandelt werden kann, aber die Gesamtmenge an Energie bleibt gleich:
Mikroskopische kinetische Energie
Thermische Energie (Temperatur) ist eine spezielle Art von kinetischer Energie. Es ist nicht die Energie eines ganzen Objekts selbst, das sich bewegt – es ist die Gesamtenergie der Bewegung, Rotation und Vibration der Atome und Moleküle in einem Objekt. In einem Gas oder Gasgemisch wie Luft macht die Bewegung (und Rotation) einzelner Gasteilchen diese Energie aus. In einem Festkörper, wie einem Tisch, existiert die thermische Energie als Schwingung von Atomen oder Molekülen. Die Gesamtwärmeenergie umfasst auch einige atomare Formen potentieller Energie, aber die kinetische Energie von Teilchen ist am einfachsten zu fokussieren. Die Temperatur eines Objekts wird durch seine gesamte mikroskopische kinetische Energie bestimmt.
Während nicht die gesamte kinetische Energie in nützliche Arbeit umgewandelt werden kann, kann eine Wärmekraftmaschine einen Teil der Wärmeenergie in nützliche Arbeit umwandeln (obwohl dies durch den zweiten Hauptsatz der Thermodynamik begrenzt ist).
PhET-Simulation
Die University of Colorado hat uns freundlicherweise erlaubt, die folgende PhET-Simulation zu verwenden. Diese Simulation untersucht, wie makroskopische kinetische Energie zu mikroskopischer kinetischer Energie wird:
Um mehr über kinetische Energie zu erfahren, lesen Sie bitte Hyperphysik.
