Entscheide bei jeder Aussage, ob sie physikalisch korrekt ist.
Tippe auf „Stimmt“ oder „Stimmt nicht“. Danach erscheint die Begründung.
Aussage 1 von 6
Drei stimmen, drei nicht. Alle drei Fehler sind Varianten desselben Denkfehlers: Energie sei „weg“. Sie ist nie weg — sie ist nur woanders, in anderer Form und meist schlechter nutzbar.
Achte auf die Wörter „vernichtet“, „verschwunden“ und „verbraucht“ — sie sind fast immer ein Warnsignal.
2
Trampolinspringen: Ergänze den Merktext
AFB I
Der Lückentext aus dem Arbeitsblatt. Setze die sieben Begriffe an die richtigen Stellen.
Wort anklicken, dann Lücke anklicken (oder umgekehrt). Ein Klick auf eine gefüllte Lücke legt das Wort zurück.
Beim Trampolinspringen treten drei Energieformen auf: kinetische Energie, potenzielle Energie und . Die Formen werden ineinander ; die Summe der einzelnen Energien bleibt dabei immer . Am höchsten und am tiefsten Punkt der Springerin ist die kinetische Energie . Am tiefsten Punkt ist die Spannenergie , weil die Federn am weitesten auseinandergezogen sind. Beim Fallen wird Energie in Energie umgewandelt.
Der entscheidende Satz ist der mittlere: Die Summe bleibt konstant. Alles andere — welche Form gerade wie groß ist — folgt daraus. Am tiefsten Punkt steht die Springerin einen Augenblick still: keine Bewegung, keine Höhe, aber das Tuch ist maximal gespannt.
Zwei Lücken beschreiben eine Größe, die Null ist oder maximal. Suche zuerst die beiden Extrempunkte.
3
Übertragen, umwandeln, entwerten
AFB I
Drei Wörter, die man sauber trennen muss. Ordne jeden Vorgang dem passenden Korb zu.
Ziehe die Karten in den passenden Korb — oder wähle eine Karte mit Enter aus und drücke die Ziffer des Korbs.
1Energieübertragung: Ort wechselt
2Energieumwandlung: Form wechselt
3Energieentwertung: Rest wird unnutzbar
Achtung bei Korb 3: Auch dort wird die Energie umgewandelt — in innere Energie. Der Unterschied ist die Absicht: Bei einer Entwertung ist das Ergebnis nicht mehr nutzbar. Die Menge bleibt in allen drei Fällen genau gleich.
Frage 1: Wechselt die Energie den Körper? Frage 2: Wechselt sie die Form? Frage 3: Kann man mit dem Ergebnis noch etwas anfangen?
4
Der Skateboardfahrer in der Halfpipe
AFB I
Punkt 1 ist die linke Kante, Punkt 3 der tiefste Punkt, Punkt 5 die rechte Kante. Bestimme für jeden Punkt, ob die Energie gleich Null, klein, groß oder maximal ist. Reibung wird vernachlässigt.
Wähle in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle zehn Felder müssen stimmen.
Punkt
Epot
Ekin
1 · linke Kante
2 · kurz vor dem tiefsten Punkt
3 · tiefster Punkt
4 · schon wieder weit oben
5 · rechte Kante
Lies die Tabelle einmal spaltenweise: Wo Epot maximal ist, ist Ekin null — und umgekehrt. Die Summe aus beiden ist an jedem der fünf Punkte gleich groß. Genau das ist der Energieerhaltungssatz, nur in Worten statt in Zahlen.
Ganz oben steht der Fahrer einen Moment still. Was folgt daraus für Ekin?
Wenn eine Größe maximal ist, muss die andere null sein — sonst wäre die Summe an dieser Stelle größer.
5
Memory: Gerät und Energiekette
AFB I
Finde zu jedem Gerät die Energieumwandlungskette, die es beschreibt.
Decke zwei Karten auf, die zusammengehören.
Beim Trampolin steht am Anfang und am Ende dieselbe Form — das ist typisch für Speicher: Sie geben zurück, was sie aufgenommen haben. In allen sechs Ketten fehlt übrigens ein letzter Pfeil: + innere Energie. Der steht in jeder realen Kette.
Frage dich: Was steckt man hinein, und was kommt heraus?
6
Trampolinsprung als Kreuztabelle
AFB II
Setze in jeder Zeile überall dort ein Kreuz, wo die Energieform größer als null ist. Bezugshöhe ist das Tuch in Ruhelage.
Enter setzt und löscht ein Kreuz. Es können mehrere pro Zeile sein.
Phase des Sprungs
Ekin > 0
Epot > 0
Espann > 0
1 · höchster Punkt des Sprungs
2 · auf halber Höhe im Fallen
3 · tiefster Punkt, Tuch maximal gedehnt
4 · auf halber Höhe im Aufsteigen
5 · wieder am höchsten Punkt
Zeile 3 ist der Schlüssel: Die Springerin steht einen Augenblick still (Ekin = 0) und ist ganz unten (Epot = 0) — trotzdem ist die gesamte Energie noch da, jetzt vollständig im gedehnten Tuch. Ohne die Spannenergie würde die Bilanz an dieser Stelle nicht aufgehen.
Zeilen 2 und 4 sehen gleich aus — das ist kein Zufall, sondern Energieerhaltung.
Achte auf Zeile 3: Zwei Spalten leer, eine gekreuzt. Wo sonst sollte die Energie sein?
7
Die Kette im Kohlekraftwerk
AFB II
Bringe die Energieumwandlungen eines Kohlekraftwerks in die richtige Reihenfolge — von der Kohle bis zur Lampe bei dir zuhause.
Ziehe die Karten in die richtige Reihenfolge — mit der Tastatur: ↑/↓ verschiebt.
1Chemische Energie in der Kohle
2Innere Energie im heißen Wasserdampf
3Bewegungsenergie der Turbine
4Elektrische Energie hinter dem Generator
5Strahlungsenergie der Lampe im Wohnzimmer
Fünf Stationen, vier Umwandlungen — und bei jeder einzelnen geht ein Teil als innere Energie an die Umgebung. Von 100 J Kohleenergie kommen am Ende nur rund 35 J als Strom an. Die restlichen 65 J sind nicht verschwunden, sondern stecken im Kühlturmdampf.
Womit fängt es an? Und was steht ganz am Ende bei dir im Zimmer?
8
Das Fadenpendel abklopfen
AFB II
Das Pendel wird bei Position 1 aus der Höhe h losgelassen und schwingt reibungsfrei bis Position 5. Klicke die gesuchte Position an.
Klicke die gesuchte Position im Bild an. Mit der Tastatur: Tab zum Wandern, Enter zum Auswählen.
Die potenzielle Energie ist an den Positionen 1 und 5 maximal und die kinetische dort null; im tiefsten Punkt 3 ist es genau umgekehrt. Ohne Reibung erreicht das Pendel rechts wieder exakt die Starthöhe — mehr geht nicht, weniger auch nicht. Genau deshalb kann eine Schaukel von allein nie höher werden als der Startpunkt.
Wo ist das Pendel am schnellsten? Genau dort ist es auch am tiefsten.
9
Die Looping-Simulation
AFB II
Im Unterricht habt ihr die Skaterin im Looping fahren lassen. Spiele die Beobachtungen noch einmal durch.
Nur die richtige Karte bringt dich weiter.
Die Simulation zeigt den Unterschied zwischen dem idealisierten und dem realen System. Im Physikunterricht rechnest du zuerst reibungsfrei, weil dann Ekin + Epot = konstant gilt. In der Realität musst du immer einen Reibungsanteil abziehen.
Wenn nichts entwertet wird, wird auch nichts weniger.
10
Was passiert beim Bremsen?
AFB II
Ein Fahrrad wird aus voller Fahrt bis zum Stillstand abgebremst. Welche Aussagen sind physikalisch richtig?
Mehrere Antworten sind richtig. Markiere alle zutreffenden.
Vier von sechs stimmen. Der Kern: Die Menge bleibt erhalten, die Nutzbarkeit nicht. Aus 480 J Bewegungsenergie werden 480 J innere Energie, verteilt auf Bremse und Luft — daraus lässt sich kein Fahrrad mehr antreiben. Das nennt man Energieentwertung.
Fasse nach einer langen Bergabfahrt die Felge an — natürlich vorsichtig.
11
Fehlersuche: Sätze über Energie
AFB II
In diesem Text stecken drei Fehler. Klicke genau die falschen Zeilen an.
Klicke genau die falschen Zeilen an — die richtigen musst du stehen lassen.
Alle drei Fehler entstehen dadurch, dass man das System zu klein wählt. Sobald man die Umgebung mit hineinnimmt, geht die Bilanz immer auf. Der Energieerhaltungssatz hat bis heute keine einzige Ausnahme.
Genau drei Zeilen sind falsch. Zwei davon benutzen ein Alltagswort, das physikalisch nicht stimmt.
12
Pendel: die Energie im tiefsten Punkt
AFB II
Ein Pendelkörper mit der Masse m = 0,50 kg wird um h = 0,20 m angehoben und losgelassen. Wie groß ist seine kinetische Energie im tiefsten Punkt? (g = 9,81 m/s², Reibung vernachlässigt.)
Rechne selbst und trage das Ergebnis ein — Enter prüft direkt.
Im höchsten Punkt gilt Epot = m · g · h = 0,50 kg · 9,81 m/s² · 0,20 m ≈ 0,98 J, und Ekin = 0. Weil die Summe konstant bleibt und unten Epot = 0 ist, muss dort Ekin ≈ 0,98 J sein. Du musst also gar nichts über die Geschwindigkeit wissen — der Energieerhaltungssatz erledigt das.
Rechne nicht unten, rechne oben — und übertrage das Ergebnis.
Eges ist überall gleich. Oben ist alles Lageenergie, unten alles Bewegungsenergie.
13
Halfpipe durchgerechnet
AFB II
Ein Skateboardfahrer (m = 60 kg) startet reibungsfrei an der linken Kante in h = 3,2 m Höhe. (g = 9,81 m/s²)
Rechne die Kette Schritt für Schritt. Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet.
Wie groß ist seine Lageenergie an der Startkante? (auf ganze J)J
Wie groß ist seine kinetische Energie im tiefsten Punkt? (auf ganze J)J
Wie schnell ist er dort? v = Wurzel aus (2 · g · h), auf zwei Nachkommastellenm/s
Wie hoch kommt er auf der rechten Seite wieder? (in m)m
Schritt 2 ist der eigentliche Trick: Du musst nichts neu berechnen, sondern nur den Energieerhaltungssatz anwenden — oben alles Lage, unten alles Bewegung. Und Schritt 4 zeigt die Konsequenz: ohne Reibung genau die Starthöhe, kein Zentimeter mehr. In der Realität sind es ein paar Zentimeter weniger.
Epot = m · g · h. Rechne mit 60 · 9,81 · 3,2.
Für Schritt 3: 2 · 9,81 · 3,2 = 62,784; die Wurzel daraus ist rund 7,92.
14
Die Energiebilanz muss aufgehen
AFB II
Ein Ball besitzt oben insgesamt 790 J. Unten verteilt sich diese Energie auf genau drei Anteile. Wähle die drei Teilbeträge aus, die zusammen exakt die Gesamtenergie ergeben.
Klicke die Anteile an, die dazugehören. Tastatur: ←/→ wandern, Enter schaltet um. Die Summe rechnet sich live mit.
0 J
Ziel: 790 J
Die Lösung ist 480 J + 220 J + 90 J = 790 J: Bewegungsenergie, Spannenergie im verformten Ball und innere Energie durch Reibung. Genau so funktioniert jede Energiebilanz — sie muss auf das Joule genau aufgehen. Wenn sie das nicht tut, hast du eine Energieform übersehen, meistens die innere Energie.
Fang mit dem größten Betrag an und schau, was noch fehlt.
790 − 480 = 310. Welche zwei der übrigen Zahlen ergeben zusammen 310?
15
Tabelle der Halfpipe ausfüllen
AFB II
Die Gesamtenergie beträgt an jedem Punkt 1200 J, Reibung wird vernachlässigt. Die Lageenergie ist jeweils vorgegeben. Ergänze die beiden fehlenden Spalten.
Fülle alle Felder aus und prüfe dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls.
Punkt der Halfpipe
Ekin in J
Eges in J
1 · linke Kante, E_pot = 1200 J
2 · E_pot = 900 J
3 · tiefster Punkt, E_pot = 0 J
4 · E_pot = 750 J
5 · rechte Kante, E_pot = 1200 J
Die letzte Spalte ist überall gleich — das ist keine langweilige Wiederholung, sondern der ganze Inhalt des Energieerhaltungssatzes in Zahlen. Die dritte Spalte rechnest du nie aus: Du schreibst sie ab.
Ekin = Eges − Epot.
16
Nimmt zu, nimmt zu — oder bleibt gleich?
AFB II
Ordne jede Situation dem passenden Bereich zu. Es geht darum, was sich in diesem Moment gerade ändert.
Wähle eine Karte aus und drücke dann 1–3 für den Bereich, 0 legt sie zurück.
1 Epot nimmt zu
2 Ekin nimmt zu
3 beide bleiben gleich
In den Bereichen 1 und 2 wird ständig zwischen den beiden Formen umgebucht — die eine wächst genau so schnell, wie die andere schrumpft. Bereich 3 zeigt den Sonderfall: Wenn sich weder Höhe noch Geschwindigkeit ändern, findet zwar Bewegung statt, aber keine Umwandlung.
Stelle zwei getrennte Fragen: Wird es höher? Wird es schneller?
17
Wie viel wird entwertet?
AFB II
Schätze für jeden Vorgang, welcher Anteil der eingesetzten Energie am Ende als innere Energie in der Umgebung landet. Jede Stufe kommt genau einmal vor.
Wähle für jede Zeile eine Stufe. Mit der Tastatur: Tab zur Zeile, ←/→ zwischen den Stufen, Enter setzt.
1 = fast nichts5 = praktisch alles
Ein Pendel im Vakuum, nach einer einzigen Schwingung
Eine Schaukel im Freien, nach einer einzigen Schwingung
Eine LED-Lampe
Eine alte Glühlampe
Ein Auto, das von 50 km/h bis zum Stillstand ausrollt
Beim ausrollenden Auto landet am Ende 100 % in der Umgebung: Es bewegt sich nicht mehr, es ist nicht höher — die gesamte Bewegungsenergie steckt in erwärmten Reifen, Lagern und Luft. Die LED gibt rund 60 % als Wärme ab, die Glühlampe rund 95 %. Nur das Pendel im Vakuum kommt der idealen Rechnung des Physikunterrichts nahe.
Frage dich: Ist am Ende noch Bewegung oder Höhe übrig? Wenn nicht, ist alles entwertet.
18
Bauplan Pumpspeicherkraftwerk
AFB III
Ein Pumpspeicherkraftwerk ist eine riesige Batterie aus Wasser. Setze die sechs Schritte in der richtigen Reihenfolge zusammen — drei Bausteine passen nicht dazu.
Ein Klick legt den Baustein auf den nächsten freien Platz, ein Klick im Bauplan legt ihn zurück.
Das Kraftwerk speichert Energie, es erzeugt keine. Am Ende kommen rund 75 % der hineingesteckten elektrischen Energie zurück; der Rest ist in Pumpe, Turbine und Reibung zu innerer Energie geworden. Der Baustein „Das Wasser erzeugt neue Energie“ ist der klassische Denkfehler: Kein Speicher gibt mehr her, als man hineingesteckt hat.
Was muss zuerst passieren, damit das Wasser überhaupt oben ist?
Der Ablauf ist symmetrisch: erst hinauf (nachts), dann hinab (tagsüber).
19
Darf ich reibungsfrei rechnen?
AFB III
Ein Stahlball fällt in einer luftleeren Röhre aus 2 m Höhe nach unten. Betrachte den Moment kurz vor dem Aufprall. Führe den Entscheidungsbaum aus.
Beantworte die Fragen mit Ja oder Nein und schau, wo du herauskommst.
Die drei Fragen sind genau die drei Bedingungen aus der Definition: abgeschlossen (Frage 2), verlustfrei (Frage 1) und welche Formen kommen vor (Frage 3). Stelle sie dir vor jeder Energierechnung — dann wählst du automatisch den richtigen Ansatz.
„Luftleere Röhre“ ist ein wichtiges Wort in der Aufgabe.
Nein — Nein — Nein führt dich zum Ziel.
20
Trickaufgabe: Der Ball springt nicht mehr so hoch
AFB III
Ein Ball (m = 0,20 kg) wird aus 2,00 m Höhe fallen gelassen und springt danach nur noch 1,40 m hoch. Ein Mitschüler sagt: „Da ist Energie verschwunden, der Energieerhaltungssatz gilt hier nicht.“ Rechne nach, wo sie geblieben ist. (g = 9,81 m/s², Luftwiderstand vernachlässigt.)
Trage alle vier Werte ein. Enter prüft alle Felder auf einmal.
Vor dem Fallen: 0,20 · 9,81 · 2,00 = 3,92 J. Nach dem Sprung: 0,20 · 9,81 · 1,40 = 2,75 J. Die Differenz von 1,18 J — also rund 30 % — steckt jetzt in der leicht erwärmten Bodenplatte, im erwärmten Gummi des Balls und in der Schallwelle des Aufpralls. Der Energieerhaltungssatz gilt also weiterhin. Er gilt nur nicht für den Ball allein: Der Ball ist kein abgeschlossenes System, sobald er den Boden berührt.
Rechne beide Höhen mit E = m · g · h aus und bilde die Differenz.
Der Anteil ist die Differenz geteilt durch die Startenergie, mal 100.
