Kinetische Energie Rechner

Dieser Kinetische-Energie-Rechner kann dir helfen, die Energie einer Bewegung abzuschätzen. Er basiert auf der Formel für kinetische Energie, die für jedes Objekt gilt, das sich vertikal oder horizontal bewegt.

Im folgenden Artikel erklären wir:

• was die kinetische Energie ist;
• wie die Formel für die kinetische Energie verwendet wird;
• die Definition der kinetischen Energie;
• in welchen Einheiten die kinetische Energie gemessen wird;
• was der Unterschied zwischen potenzieller und kinetischer Energie ist;
• wie Energie und Arbeit zusammenhängen;
• in welcher Beziehung der dynamische Druck und die Gleichung der kinetischen Energie zueinander stehen.

In der Enzyklopädie findest du die folgende Definition der kinetischen Energie:

Die kinetische Energie eines Objekts ist die Energie, die es aufgrund seiner Bewegung besitzt. Wir definieren sie als die Arbeit, die nötig ist, um einen Körper mit einer bestimmten Masse aus dem Ruhezustand auf seine angegebene Geschwindigkeit zu beschleunigen. Nachdem er diese Energie während seiner Beschleunigung gewonnen hat, behält der Körper seine kinetische Energie bei, solange sich seine Geschwindigkeit nicht ändert. Das Objekt verrichtet die gleiche Arbeit, wenn es von seiner aktuellen Geschwindigkeit in den Ruhezustand abbremst.

Die kinetische Energie ist die Energie eines sich bewegenden Objekts. Sie gibt Auskunft darüber, wie die Masse eines Objekts seine Geschwindigkeit beeinflusst. Nehmen wir ein Beispiel. Wenn du den gleichen Motor in einen Lastwagen und einen Kleinwagen steckst, kann der Erste aufgrund seiner Masse nicht die gleiche Geschwindigkeit erreichen wie der Zweite. Ein anderes Beispiel für kinetische Energie ist die menschliche Schlagkraft, bei der sich die Energie im Körper ansammelt und durch den Schlag übertragen wird. Du kannst sie ganz einfach mit unserem Rechner für kinetische Energie bestimmen.

Die Formel für die kinetische Energie definiert die Beziehung zwischen der Masse eines Objekts und seiner Geschwindigkeit. Die Gleichung für die kinetische Energie (Ek) lautet wie folgt:

Ek = 0,5 ∙ m ∙ v²

wobei:

• m – die Masse und
• v – die Geschwindigkeit ist.

Mit der Formel für kinetische Energie kannst du abschätzen, wie viel Energie benötigt wird, um ein Objekt zu bewegen. Die gleiche Energie könnte auch zum Abbremsen des Objekts verwendet werden – bedenke aber, dass die Geschwindigkeit quadratisch ist. Das bedeutet, dass sich die kinetische Energie schon bei einer geringen Erhöhung der Geschwindigkeit um einen wesentlich höheren Betrag ändert.

Wie wäre es, wenn du unseren Rechner für kinetische Energie ausprobierst? Dieses Tool führt alle Berechnungen für dich durch, nachdem du die Masse und Geschwindigkeit eines Objekts eingibst. Es funktioniert sogar andersherum: Gib zwei bekannte Variablen ein, und du erhältst die Dritte! Wenn du die Geschwindigkeit des Objekts nicht kennst, kannst du sie ganz einfach mit unserem Geschwindigkeitsrechner berechnen.

Du solltest jedoch beachten, dass diese Formel die relativistischen Effekte nicht berücksichtigt, die sich bei höheren Geschwindigkeiten bemerkbar machen. Wenn sich ein Objekt schneller als 1% der Lichtgeschwindigkeit (etwa 3000 km/s oder 3 000 000 m/s) bewegt, solltest du unseren Rechner für relativistische kinetische Energie 🇺🇸 verwenden.

Die Einheiten für die kinetische Energie sind genau dieselben, wie bei jeder anderen Energieart. Die beliebtesten und am häufigsten verwendeten Einheiten für kinetische Energie sind:

• Joule (J), was kg·m²/s² enstpricht – SI-Einheit,
• Foot-pound (ft·lb) – britische und US-amerikanische Einheit,
• Elektronenvolt (eV),
• Kalorie (cal) und
• Wattstunde (Wh).

Wir können alle diese Einheiten der kinetischen Energie mit den folgenden Verhältnissen leicht untereinander umrechnen:

1 J = 0,7376 ft∙lb = 6,242∙10¹⁸ eV = 0,239 cal = 2,778∙10⁻⁴ Wh

Wie du siehst, können sie sich je nach Skala um mehrere Größenordnungen unterscheiden. Deshalb ist es praktisch, die wissenschaftliche Notation zu verwenden oder sie mit einem Präfix wie Kilo (kcal, kWh), Mega (MeV) usw. auszudrücken. Mit unserem Rechner für kinetische Energie brauchst du dir keine Gedanken über die Einheiten zu machen. Du kannst die gewünschte Einheit auswählen und der Wert wird sofort umgerechnet.

Die potenzielle Energie bezieht sich auf die Anziehungskraft, die auf ein Objekt ausgeübt wird, im Verhältnis zu seiner Höhe. Wenn das Objekt an Höhe gewinnt, nimmt seine potenzielle Energie zu. Wenn du wissen willst, was potenzielle Energie ist und wie man sie berechnet, benutze unseren Potenzielle Energie Rechner.

Es stellt sich heraus, dass die kinetische Energie und die in einem System verrichtete Arbeit eng miteinander zusammenhängen. Die von allen äußeren Kräften geleistete Arbeit können wir in eine Änderung der kinetischen Energie überführen:

W = ΔEk = Ek₂ – Ek₁

Es gibt verschiedene Arten von kinetischer Energie:

1. Die Translationsenergie – ist die bekannteste Art. Sie bezieht sich auf die Bewegung eines Objekts, das sich in eine bestimmte Richtung bewegt, und auf die Strecke, die es in einer bestimmten Zeit zurücklegt. Diese Art von Energie kannst du mit diesem Rechner für kinetische Energie abschätzen.

2. Die Rotationsenergie – wie der Name schon sagt, bezieht sie sich auf die Bewegung eines Körpers um eine Achse. Die genaue Formel findest du in Omni's Rotationsenergie Rechner 🇺🇸.

3. Die Schwingungsenergie – stell dir vor, dass sich ein Teilchen um einen Gleichgewichtspunkt hin- und herbewegt, der durch eine harmonische Bewegung angenähert wird. Je nach Struktur kann sie als Dehnung, Verdrehung oder Biegung dargestellt werden.

Auf der mikroskopischen Skala sind alle diese Beispiele für kinetische Energie Ausdruck der thermischen Energie, die mit steigender Temperatur zunimmt.

Der dynamische Druck (verursacht durch Flüssigkeitsströmung) wird wie folgt definiert:

p = ρ ∙ v² / 2

Dies sieht der Gleichung für die kinetische Energie sehr ähnlich, weil wir die Masse durch die Dichte ersetzen – das ist kein Zufall. Man kann den dynamischen Druck auch als die kinetische Energie pro Volumeneinheit beschreiben; analog dazu ist die Dichte die Masse, die in einem bestimmten Volumen enthalten ist. Mit ein bisschen Kreativität kannst du mit unserem Rechner für kinetische Energie den dynamischen Druck einer bestimmten Flüssigkeit berechnen. Wenn du die Masse in kg durch die Dichte in kg/m³ ersetzt, kannst du dir das Ergebnis in J als den dynamischen Druck in Pa vorstellen.

Du sitzt in der Klasse und deine Lehrerin sagt dir, dass die kinetische Energie eines Objekts 1 J beträgt. Was denkst du – ist das viel oder nicht? Es kommt darauf an, über welche Art von Objekt wir sprechen. Schauen wir uns ein paar Beispiele für kinetische Energie an, um die verschiedenen Größenordnungen zu verstehen:

1. Einige der energiereichsten Teilchen, die von Physikern erzeugt werden (z. B. Protonen im Large Hadron Collider, LHC), erreichen eine kinetische Energie von einigen TeV. Sie ist mit der kinetischen Energie einer Mücke vergleichbar. Es ist beeindruckend, wenn man sich vor Augen führt, wie viele Moleküle in einem Insekt stecken. Wenn wir den Wert jedoch in Joule umrechnen, dann liegt das Ergebnis in der Größenordnung von 1 μJ. Ein einziges Teilchen mit der kinetischen Energie von 1 J wäre demnach außerordentlich energiereich und wird von der Menschheit sicher nicht so bald produziert werden können.

2. Betrachten wir eine Gewehrkugel mit einer Masse von 5 g, die sich mit einer Geschwindigkeit von 1 km/s bewegt. Ihre kinetische Energie beträgt 2 500 J, also weit mehr als 1 J, weil sie so schnell ist. Das ist auch der Grund, warum Kugeln beim Auftreffen so viel Schaden anrichten. Benutze den Rechner für kinetische Energie, um herauszufinden, wie schnell dasselbe Geschoss unterwegs sein muss, damit seine Energie 1 J ist. Die Antwort ist etwa 20 m/s. Zwar wird es immer noch wehtun, wenn die Kugel auf einen Körper trifft, aber sie wird bestimmt nicht mehr als einen blauen Fleck verursachen.

3. Ein Schiff wiegt 50 000 Tonnen und kann sich mit einer Geschwindigkeit von 10 Knoten fortbewegen. Mithilfe des Geschwindigkeitseinheiten Umrechner 🇺🇸 können wir diese Geschwindigkeit in m/s bestimmen, was etwa 5,1 m/s entspricht. Seine kinetische Energie beträgt dann ungefähr 661 MJ. Diese Zahl ergibt sich voro allem aus der enormen Masse des Schiffes.