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Mechanische Energie einfach erklärt

Klassenstufe:

Was ist mechanische Energie?

Die Energie ist vielleicht die fundamentalste Größe in der Physik. Einige schlaue Physiker haben sich schon den Kopf darüber zerbrochen, was es genau mit der Energie auf sich hat. Denn das ist gar nicht so einfach! Im Allgemeinen ist die Energie verantwortlich dafür, dass die meisten Vorgänge in der Physik überhaupt ablaufen. In der Mechanik gibt es eine genaue Definition für die Energie: Die mechanische Energie ist die Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten.

Um das genauer zu verstehen, findest du hier alle notwendigen Informationen, die du zur mechanischen Energie im Physikunterricht brauchst. Unsere Klassenarbeiten mit Musterlösungen helfen dir dabei, dein Wissen zu testen, und zeigen dir die Stellen, die du vielleicht noch nicht ganz verstanden hast.

Wo findet man mechanische Energie?

Da sich die Mechanik mit der Bewegung von Körpern beschäftigt, finden wir die mechanische Energie ebenfalls bei den vielen verschiedenen Arten der Bewegung. Dabei kannst du die Energie als Ursache der Bewegung verstehen. Sie ist also der Grund dafür, warum ein Bewegungsvorgang überhaupt abläuft.

Dabei können wir die mechanische Energie in unterschiedliche Arten unterteilen. Hier sind einige Beispiele für mechanische Energie:

  • Potentielle Energie (auch Lage- oder Höhenenergie genannt) hat ein Körper aufgrund seiner Höhe im Gravitationsfeld der Erde. Sie bewirkt beispielsweise den freien Fall.
  • Spannenergie wird in elastischen Körpern wie Federn gespeichert, wenn sie verformt werden. Sie kann wieder freigesetzt werden, wenn der Druck auf den Körper aufgehoben wird.
  • Reibungsenergie entsteht unter realen Bedingungen bei jeder Bewegung durch den Reibungswiderstand, zum Beispiel von Oberflächen. Sie führt immer zu einer Erwärmung der beteiligten Körper und Flächen.
  • Kinetische Energie (auch Bewegungsenergie genannt) besitzt ein Körper aufgrund seiner Geschwindigkeit. Sie wird in der Kinetik, einem Teilbereich der Mechanik, behandelt.
  • Rotationsenergie ist in einem Körper vorhanden, der eine Kreisbewegung ausführt.

Was macht man mit mechanischer Energie?

Mechanische Energie wird genutzt um, mechanische Arbeit zu verrichten.

Mechanische Arbeit

Arbeit zu verrichten heißt dabei, Energie umzusetzen. Wenn du beispielsweise eine Feder spannst, dann besitzt die Feder Spannenergie. Wenn du jetzt eine kleine Kugel vor die Feder legst und die Spannung der Feder löst, dann wird der Ball angestoßen und rollt nach vorn. Damit haben wir die Spannenergie der Feder genutzt, um den Ball aus der Ruhe auf eine gewisse Geschwindigkeit zu bringen – also um Beschleunigungsarbeit zu leisten.

Umwandlung von mechanischer Energie

Die Energie geht dabei aber nicht verloren! Denn sobald die Beschleunigungsarbeit verrichtet wurde und der Ball so auf seine Geschwindigkeit gekommen ist, besitzt er kinetische Energie. Wir haben die eine Energieform also in eine andere umgewandelt: Spannenergie in kinetische Energie. Diese Umwandlung von mechanischen Energieformen ist die Grundlage aller Vorgänge in der Mechanik. Dass Energie nicht verloren geht oder neu erzeugt wird, sondern nur umgewandelt wird, drückt der Energieerhaltungssatz aus.

Mechanische Leistung

Bei vielen Vorgängen kommt es nicht nur darauf an, wie viel Arbeit verrichtet wird, sondern auch, in welcher Zeit dies geschieht. Dafür gibt es die mechanische Leistung. Sie setzt die umgesetzte Energie in Relation zur Zeit und ist damit ein Maß für die Effizienz eines Vorgangs.

Wozu braucht man mechanische Energie?

Mechanische Energie ist überall in unserem Alltag zu finden. Unsere Muskeln wandeln chemische Energie in mechanische Energie um, die wir nutzen, um unsere Bewegungen auszuführen. Ähnlich wandelt ein Verbrennungsmotor die chemische Energie in dem Treibstoff durch Verbrennung in mechanische Bewegungsenergie um. Ein Elektromotor funktioniert dagegen mit elektrischer Energie und stellt ebenfalls mechanische Energie zur Verfügung. Alle unsere Kraftwerke zur Stromerzeugung beruhen auf der Idee, die eine Energieform in eine andere umzuwandeln. Ein Wasserkraftwerk nutzt beispielsweise die kinetische Energie des Wassers, eine Solarzelle die Strahlungsenergie der Sonne, um elektrischen Strom zu gewinnen.

Es ist aber nicht nur wichtig zu verstehen, wo und wie die Energien umgewandelt werden. Wir müssen auch in der Lage sein, die Menge der Energie genau zu berechnen. Dafür müssen wir die Formeln zur mechanischen Energie und anderen Energieformen genau kennen. So können wir erst feststellen, ob unsere Stromversorgung mit den uns zur Verfügung stehenden Kraftwerken gesichert ist, oder auch berechnen, wie viel Strom wir wahrscheinlich aus anderen Ländern im nächsten Jahr importieren müssen. Auch um herauszufinden, welche Art von Motor am effizientesten ist, müssen wir die Energien und die verrichtete Arbeit genau berechnen können.