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Natur und Technik Kraft und Energie

Energie tanken, das kann man an der Zapfsäule oder am Imbissstand. Im ersten Fall sorgt der Kraftstoff Benzin dafür, dass der Automotor läuft, im zweiten lässt der Kraftstoff Nahrung die Muskeln spielen. Wie diese und andere Energieumwandlungen funktionieren, erklärt der Film.

Autor: Petra Reinold & Hermann Deger, ein Film von Wolfgang Voelker Stand: 29.12.2011
Energieumwandlung beim Gewichteheben | Bild: colourbox.com

Energie und Kraft sind in unserer Sprache eng verwoben und werden oft gleichbedeutend gebraucht: Wer voller Energie steckt, steckt auch voller Lebenskraft und kann energisch zupacken. Wer keine Energie hat, ist kraftlos, gelähmt und nicht zu großen Taten aufgelegt.

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Auch naturwissenschaftlich besteht ein enger Zusammenhang zwischen den beiden Phänomenen. Physikalisch ausgedrückt, ist Energie gespeichertes Arbeitsvermögen. Energie kann also Arbeit verrichten. Und hier kommt auch die Kraft ins Spiel. Ganz einfach deshalb, weil Arbeit als das Produkt aus der in Wegrichtung wirkenden Kraft und dem Weg definiert ist. Kräfte erkennt man an ihren Wirkungen: Sie können einen Körper beschleunigen, abbremsen, heben, verformen und seine Bewegungsrichtung ändern.

Die in einen Körper gesteckte Arbeit wird zur Energie, die wiederum Arbeit verrichten kann. Deshalb kann man Arbeit also auch als Energieübertragung mit Hilfe von Kraft längs eines Weges bestimmen. Mit anderen Worten: Ein Körper, der durch Hubarbeit angehoben wird, speichert Lageenergie, die ihn befähigt, nun seinerseits Arbeit zu verrichten.

Was das konkret bedeutet, lässt sich am Beispiel eines Hammers veranschaulichen: Die Arbeit, die es brauchte, um ihn mit einer gewissen Kraft eine gewisse Strecke anzuheben, steckt als Lageenergie in ihm. Losgelassen kann er diese Energie wieder in Arbeit verwandeln und so eine Glasscheibe zertrümmern oder ein Werkstück schmieden.

Neben der Lageenergie (Hubarbeit) kennt die Physik auch noch die durch Beschleunigungsarbeit erzeugte Bewegungsenergie, die durch Spannarbeit erzeugte Spannenergie, die durch Reibungsarbeit hervorgerufene Wärmeenergie sowie die elektrische Energie und die in Kraftstoffen und Nahrungsmitteln gespeicherte chemische Energie.

Aus dem Nichts entstehen oder verloren gehen kann keine diese Energieformen. Sie können nur, und das ist der Kern des Energieerhaltungssatzes, in einer endlosen Kette von einer Form in eine andere umgewandelt werden.