ENERGIE und ENERGIEERHALTUNG ganz einfach erklärt! | Der Physiklehrer
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Transkript (automatisch erstellt)

0:07 ein wunderschön guten morgen zusammen hier auf meinem kanal hier dreht sich heute alles um energie beziehungsweise nicht nur um die energie selbst sondern
0:14 auch um energie erhaltungs satz wir beschränken uns dabei erstmal auf die klassische mechanik weil wir jetzt auch noch die ganze elektro dynamik und die
0:21 anderen fachgebiete mit verboten werden heute nicht mehr fertig energie was ist eigentlich energie naja und dazu muss man sich erst mal die
0:30 frage stellen wo man kann man energie eigentlich bemerken bzw wie kann man sie messen oder wie kann man energie wahrnehmen und in erster
0:40 linie kann man da sich mal überlegen wann spricht man im alltag von energie im alltag redet man immer von energieverbrauch und was physikalisch
0:47 erst mal quatsch ist weil energie kann man nicht verbrauchen sondern sie wird immer nur umgewandelt in eine andere form der energie aber energie ist
0:55 erstmal generell die fähigkeit arbeit zu verrichten bedeutet wenn ich jetzt zum beispiel einen kasten wasser vom boden auf den tisch haben will dann muss sich
1:05 gegen die erdanziehungskraft arbeiten damit ich sozusagen den kasten nach oben bekommen und genau dafür wird energie benötigt
1:13 das heißt energie ist die fähigkeit arbeit zu verrichten und damit meint man erstmal
1:26 physikalische arbeit genau und das ist nicht ganz unwichtig zu trennen denn mitarbeiten und
1:38 physikalische arbeit meint man zwei verschiedene dinge hat physikalische arbeit meint wirklich etwas gegen eine kraft sozusagen zu verrichten
1:46 und das ist hier wirklich ausschlaggebend dann hab ich gerade gesagt gibt es verschiedene formen von energie und da kann man zum beispiel
1:55 drei aus der mechanik benennen und zwar energieformen nenne mal die populärsten das ist zum beispiel bei den wasserkasten die ich gerade genannt habe
2:08 wenn das jetzt jemand wasserkasten ist und hier ist jetzt meine höhe 0 ich darf meine staat höhere sozusagen definieren wo ich möchte ja aber ich
2:16 lege jetzt mal hier auf dem boden hier ist der boden dadurch der wasserkasten drauf da ist meine öl 0 und jetzt habe ich den gast nur einen
2:23 meter nach oben dann hab ich meinen kasten sozusagen eine fähigkeit mit gegeben denn er kann jetzt endlich ihn loslassen diese energie wie ich ihm
2:32 gegeben habe wieder nutzen um nach unten zu fallen klingt jetzt haltet haltlos und plausibel aber der kasten besitzt hier unten auf der höhe 0 keine lage
2:41 energie aber hier oben habe ich ihn hochgehoben und hier hat er jetzt lage energie und diese energie kann unter bestimmten bedingungen wie zum beispiel
2:50 dem loslassen hier in bewegungsenergie wieder umgewandelt werden das heißt ich habe jetzt gerade schon zwei energieformen genannt die eine
2:58 energieform ist die lage energie und die lage in der wir richtig geschrieben na ja die hat die formel lage gleich mal geht x h so sprechen wir mal ganz kurz
3:15 drüber m ist die masse des objektes denn jeder wasserkasten hat der gewissermassen das ist der orts faktor also die erdbeschleunigung und h ist die
3:23 höhe um die der kasten sozusagen nach oben gehoben wird heißt nicht mal dass man hinten ist geht sehen daher ist der boden dann nehmen wir mal eben hier den
3:33 wasserkasten der wird sozusagen von hier mit der masse m nach oben gehievt und zwar von der höhe 0 meter auf 1 meter und dann kann ich damit sozusagen
3:47 relativ schnell ausrechnen wie viel energie meinen kasten anlage energie besitzt ist kann man eine beliebige wasser einsetzen gehe es nur 18 1 meter
4:00 pro sekunde quadrate die höhe ist wie ein meter gehoben worden ist jena dann haben wir als nächstes die sogenannte bewegungsenergie oder wie die
4:10 fachsprache sagen auch die kinetische energie da vielleicht eine kurze salzbrücke jeder von euch war schon mal im kino und kino und kinetische energie
4:18 kommt vom selben griechischen wort nämlich von kino und kino bedeutet ich bewege mich das bedeutet kinetische energie ist die bewegungsenergie und im
4:27 kino bewegen sich die bilder das heißt das ist ein und dasselbe wort ich habe also hier die kinetische energie in kinetische energie und diese
4:40 energie hat die formel kind gleich ein halb mal masse mal geschwindigkeit v zum quadrat das ist sehr wichtig weil wenn man sich
4:52 mal genau diese formel anguckt dann sieht man dass die geschwindigkeit quadratisch 1 geht in diese gleichung heißt also wenn ich die geschwindigkeit
5:01 verdoppelte von 50 kilometer pro stunde zum beispiel auf 100 kilometer pro stunde oder beschleunige dann vervierfacht sich hier durch das quadrat
5:11 die menge meiner kinetischen energie das heißt also doppelt so schnell fahren heißt ich habe viermal soviel bewegungsenergie im vergleich zur vorher
5:20 geschwindigkeit vor geschwindigkeit und das hat schon so seine und seinen grund wenn ich jetzt heute mal ein auto habe und das wird auch hier auf einer straße
5:27 sagen wir mal ungefähr so sieht das ganze aus dann hat auch das auto eine masse m ja und bewegt sich mit einer
5:34 geschwindigkeit von nach vorne und dann kann ich damit relativ einfach und relativ schnell ausrechnen wie groß die kinetische energie eines fahrzeuges ist
5:43 die dritte energieformen die wir in der mechanik oft noch zu gewicht bekommen dass die sogenannte sparen energie und die spannende
5:54 die tritt in der regel bei verschiedenen feder konstruktionen aufspannen ich hoffe ich verstehe mich hier jetzt nicht falls doch dürfte in den
6:05 kommentaren gerne kritisieren die spann energie kürze schon hat mit e spannen und hat eine ähnliche form wie die kinetische energie aber mit anderen
6:14 variablen und zwar mit einhalb x d mal delta es zum quadrat so das ist schon ein bisschen komplexer aus aber auch hier kann ich euch beruhigen das ist gar
6:25 nicht so schlimm wenn ich jetzt zum beispiel hier eine feder habe ich versuche meine väter zu malen und zwar eine ganz normale hübsche feder also
6:31 eine wo die die rückstellkraft proportional mit der auslegung steigt für die profis unter euch da kann ich auch hier eine masse hinten dranhängen
6:46 oder ich kann einfach daran ziehen je nachdem das ist völlig egal wir ziehen mal dran weil wir haben jetzt waagerechte zeichnet ich habe ist sehr
6:55 weich gezeichnet dann hat die feder hier an der stelle wenn ich sie in ruhe lasse ganz normal einfach hängen so legen lege hat diese feder eine ruhe länge ja eine
7:04 ganz normale länge in der sie sich sozusagen wohlfühlt und wenn ich die fehler jetzt auseinander ziehen oder zusammen presse das ist völlig egal
7:14 dann strebt die feder wieder in ihre ruhelage zurück bedeutet also in dem falle was ich jetzt hier gemalt habe habe ich die feder gelenkt also etwas
7:24 auseinander gezogen und zwar um so ein stück ist länger geworden und das ist genau unser delta ist ja und wenn ich diese fehler jetzt loslasse dann
7:33 schnellt der dass fehler ende wieder zurück in seine ruhe lage zurück das heißt hier kann ich jetzt hin zeigen die feder will wieder hierhin zurück das ist
7:42 sozusagen die kraft richtung ja der will wieder in die andere richtung das gleiche passiert wenn ich die fehler stauche dann drückt die aber sozusagen
7:49 gegen das tauchen wieder in die rur lage zurück und auch das ist eine form von potenzielle energie als energie drin gespeichert deswegen da muss man nochmal
7:58 darauf eingehen vielleicht an der stelle aber gleich wenn sie kunden noch weil wir haben diese dass wir noch nicht klärt was d das ist die feder konstante
8:07 und die fehler konstante und nehmen wir mal in eine andere farbe die feder konstante ist sozusagen eine charakteristische größe von der feder
8:15 die beschreibt wie hart oder wie schwer sich eine feder sozusagen ziehen lässt der menschen wenn man wenn man so will ihr müsst euch vorstellen man zieht an
8:25 einer feder und je fester sie widerstand leistet desto höher ist diese feder konstante dts bei einer stoßdämpfer feder von einem auto das in so bickel
8:35 feder wicklungen dieses richtig schwer auseinander zu ziehen oder zu stauchen während der kugelschreiber fehler wäre kleine fehler konstante hat sie sehr
8:43 leicht ziehen und stauchen kann ja und das ist die fehler hätten genau so kommen wir nun zum energie erhaltung satz was heißt energie erhaltung
8:53 eigentlich energie erhaltung heißt das die gesamte energie wie schon am anfang sagte in einem abgeschlossenen system nicht verloren gehen kann und auch nicht
9:03 irgendwie erzeugt oder vernichtet werden kann abgeschlossene systeme das ist eigentlich sehr einfach zu verstehen man
9:10 nimmt sich ein objekt und verfolgt ein objekt in seinem system zum beispiel eine achterbahn wir jetzt mal hier eine achterbahn malen sagen wir mal das
9:19 fahrzeug rutschte hier runter und dann kommt hier der der looping über den werden wir gleich nicht reden da braucht es länger für sondern wir wollen nur
9:28 wissen wie schnell ist denn eigentlich mein achterbahn zug der hier oben steht ja hier oben steht er mit seiner masse m hier ist v gleich null es steht einfach
9:40 das schild und später befindet er sich hier unten und riesigen tempo und seiner masse in richtung des loopings also hier hat er eine geschwindigkeit v und die
9:56 masse ist natürlich immer noch da wir haben jetzt gerade gesagt in jenem system also in der gesamten achterbahn ist die energie immer erhalten heisst zu
10:07 jedem zeitpunkt egal wann ich den wagen angucke hier oben oder hier unten muss die gesamte energie immer denselben wert haben die energie darf nicht mehr und
10:18 auch nicht weniger sein gucken wir mal was hierfür bilden verschiedene energieformen den vorkommen dieser in dieser rechnung hier
10:25 wir haben hier oben eine höhe das heißt wir legen hier unten das ist vielleicht gar nicht so unwichtig zu beginn noch mal zu markieren wir sagen das ist die
10:34 freiheit das auf der bodenhöhe da legen wir unsere 0 meter wir müssen ja immer in der regel auch beim sprungturm vom boden nach oben ist und dann zehn meter
10:42 und wir sagen auch mal hier jetzt hab ich gerade die stärke meine stiftes verändert wir sagen hier dass das eine höhe von zehn meter ist
10:52 wir haben hier eine gewisse höhe dh der wagen besitzt lager energie wir gucken aber auch gleichzeitig mal ob der wagen denn hier oben sich bewegt nein die
11:02 geschwindigkeit ist 0 meter pro sekunde heißt also hier ist keine geschwindigkeit auch keine kinetische energie vorhanden
11:10 dennoch kann man hier in situation eins sagen gesamt muss immer die summe aus einem dagegen seien die darf nicht größer oder
11:19 kleiner werden nun ich kann es nicht oft genug sagen also die lage plus das gleiche gilt aber auch für den wagen hier wenn er hier unten ist also hier in
11:31 situation zwei wenn nach unten ist auch hier gilt er gesamt muss immer die summe aus allen energieformen sein die in diesem system vorhanden sind
11:41 wie sieht das ganze jetzt im detail aus wir haben gerade gesagt v ist hier gleich null oben weil es steht gucken wir mal hier
11:50 ist ihr kind wenn frau gleich null ist dann ist der gesamte term hier null weil 00 m mal ein halb immer 0 ist nun hoch 2 0 bedeutete ihr kind liegt an der stelle
12:02 aufgrund der geschwindigkeit die nicht vorhanden ist raus übrig bleibt nur die lage energie bedeutet dass die gesamte energie in meinem system
12:12 nur in der lage energie vorhanden ist kann ich also folgendermaßen schreiben meine gesamte energie zu beginn ist leicht mal geht x h zu beginn
12:27 schauen wir mal ein paar zeit punkte später hier und da sehen wir der wagen hat eine höhe von 0 meter auch hier die summe der gesamtenergie lage energieplus
12:38 kinetische energie hier sehen wir jetzt das ganze ist in summe immer noch gesamthöhe ist 0 meter und der schon mal bei der lage energie masse x haha ist
12:53 nun auch hier fällt der ganze term raus und es hat aber es ist aber eine geschwindigkeit vorherrschend bedeutet dass diesmal nicht nur ist sondern nur
13:03 lagen 0 ist also können wir an diesem fall jetzt hier ela herausstreichen in der zweiten situation und erhalten somit die formel
13:14 hier unten ingesamt ist gleich ein halb mv quadrat jetzt sehen wir hier oben ihr gesamt und da se gesamt wenn das dasselbe ist kann
13:26 man die beiden auch einfach eigentlich gleichsetzen bedeutet ich kann schreiben m x t x h aus der situation 1 hier oben ist leicht der energie hier unten und
13:38 zwar ist das unten ein halb mv quadrat und wenn ich jetzt wissen wie schnell das ganze ist für mich das ganze teil nach forum in dem ich mal 2 durch m
13:49 rechnen dann ist schon mal hier der teil auf der anderen seite ihr seht durch m dividiert kürzlich das im heraus bleibt dann also
13:59 was übrig zweimal geh mal haar ist leichtbau quadrat dann ziehe ich die wurzel und dann habe ich zwei mal gegen allah daraus die wurzel ist frau und
14:13 damit habe ich dann für alle meine beliebigen höhen die ich einsetzen kann die geschwindigkeit die der wagen am untersten punkt hat ich kann zehn meter
14:20 einsetzen 100 meter und das spannende ist das ganze hängt nicht davon ab wie schwer der wagen ist natürlich
14:28 idealisiert angenommen wären wir keine reibungsverluste usw das heißt ob ich jetzt mit 100 kilogramm 100.000 kilogramm oder zehn gramm
14:35 hierunter roller am ende die fahrzeuge immer gleich schnell das ist im alltag nicht ganz so zu beobachten weil wir halt verschiedene
14:42 reibungsverluste haben die von der vom anpressdruck und so weiter abhängen aber rein theoretisch gesehen funktioniert das so ich hoffe dass wir
14:51 euch gefallen und es hat etwas genutzt ich wünsche euch einen wunderschönen tag und schaltet dann nächste mal auch wieder ein bis dann