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Definition, Formel, Umstellen

Die Energie der Bewegung: eine Formel, zwei Umstellungen — und ein Quadrat, das alles verändert.

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Einstieg — Die Energie der Bewegung

Ein Auto rollt über die Straße. Solange es fährt, trägt es Energie mit sich — und zwar allein deshalb, weil es sich bewegt. Steht es, ist diese Energie null.

v = 0 → Ekin = 0 v v > 0 → Ekin > 0
Nur die Geschwindigkeit entscheidet darüber, ob Bewegungsenergie vorhanden ist — und wie viel davon.
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Erklärung — Definition und Formel

Ein Körper trägt Energie mit sich, solange er sich bewegt.

  • Kinetische Energie:die Energie, die ein Körper wegen seiner Bewegung besitzt.
  • Zweiter Name:Bewegungsenergie — dieselbe Größe.
Kinetische Energie
Ekin = ½ · m · v²
Ekin

kinetische Energie in Joule (J); 1 J = 1 Nm.

m

Masse in Kilogramm (kg).

v

Geschwindigkeit in ms.

  • Masse m:Ekin ist proportional zu m — doppelte Masse, doppelte Energie.
  • Geschwindigkeit v:Ekin ist proportional zu v² — doppelte Geschwindigkeit, vierfache Energie.
  • Beispiel:m = 1200 kg, v = 20 m/s: Ekin = ½ · 1200 kg · (20 m/s)² = 240 000 J = 240 kJ.

Interaktiv: Masse gegen Geschwindigkeit

In der Formel steht m einfach, v aber im Quadrat: Bei getrennter Änderung von Masse und Geschwindigkeit zeigt sich, wie unterschiedlich stark sich beide auf die Energie auswirken.

Ekin-Rechner mit Vergleichsbalken

Der graue Balken zeigt immer den Startwert (85 kg, 10 m/s) zum Vergleich.

85 kg
10 m/s
Zwei Balken: der aktuelle Wert der kinetischen Energie und der Startwert zum Vergleich E_kin Start: 4250 J 0 J Skala: 20 000 J
Ekin4250 J
Verhältnis zum Start1,00-fach
Rechnung½ · 85 · 10²

Verdopple die Masse von 85 auf 170 kg: die Energie verdoppelt sich (Faktor 2). Verdopple stattdessen die Geschwindigkeit von 10 auf 20 m/s: die Energie vervierfacht sich (Faktor 4). Genau das meint der Satz „proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit“.

Interaktiv: Warum v im Quadrat steht

Rechts entsteht ein Quadrat aus v · v Kästchen: Die Zahl der Kästchen ändert sich nur mit v, ihr Wert nur mit m.

Energie als Kästchen-Quadrat

1 Kästchen = ½ · m · 1 J

Halte fest: Die Geschwindigkeit bestimmt, wie viele Kästchen es sind (v · v), die Masse nur, wie viel jedes Kästchen wert ist (½ · m). Deshalb bringt doppeltes v viermal so viele Kästchen, doppeltes m nur den doppelten Wert.

Interaktiv: Die Formel umstellen

In den Aufgaben ist mal die Energie gesucht, mal die Masse, mal die Geschwindigkeit. Trainiere hier beide Umformungen, bevor du rechnest.

Umform-Trainer: Ekin = ½ · m · v²

In jeder Zeile führt eine Umformung dazu, dass die Störgröße verschwindet.

Beide Wege beginnen gleich: erst die ½ wegbekommen (mal 2), dann die Störgröße wegteilen. Nur beim Weg nach v kommt am Ende noch die Wurzel dazu — weil v im Quadrat steht.

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Hinweise — Worauf du achten solltest

Drei Stolperstellen

Hinweis

Erst Einheiten umrechnen

1,2 t = 1200 kg, 12,8 kJ = 12 800 J. Erst umrechnen, dann einsetzen.

Hinweis

Nur v wird quadriert

In ½ · m · v² bleibt die Masse ohne Quadrat.

Hinweis

Wurzel nicht vergessen

Beim Umstellen nach v kommt am Ende eine Wurzel. Ohne sie erhältst du v² statt v.

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