Wenn Sie schon einmal Gitarre gespielt, ein Feuer angezündet, die Wärme einer Sommersonne gespürt oder aus einem Flugzeug gesprungen sind, werden Sie den Zusammenhang zwischen potentieller und kinetischer Energie kennen, auch wenn Sie es nicht wissenes.
In einfachen Worten, kinetische Energie ist die Energie eines Objekts aufgrund seiner Bewegung in all seinen Formen, und potentielle Energie ist die Energie, die einem Objekt aufgrund seiner relativen Position zu anderen Objekten, seiner elektrischen Ladung, seiner chemischen Zusammensetzung und anderer Faktoren innewohnt.
Die beiden Energiearten sind auf eine sich ständig ändernde, aber immer im Gleichgewicht befindliche Weise eng miteinander verbunden. Dieses Hin und Her zwischen potentieller Energie und kinetischer Energie ist der Schlüssel zu allem, vom Wind im Haar bis zum Atomofenim Zentrum der Sonne und vieles mehr.
Welche Arten von kinetischer und potentieller Energie gibt es?
Es gibt fünf Primärformen der kinetischen Energie:
- Strahlungsenergie
- Thermische Energie
- Schallenergie
- Elektrische Energie
- Mechanische Energie
Strahlungsenergie ist eine Form von kinetischer Energie, die durch elektromagnetische Strahlung übertragen wird, am besten durch Strahlung oder Licht repräsentiert, da sie ist übertragen ohne Massenbewegung. Beispiele für Strahlungsenergie sind das Infrarotlicht, das von einem heißen Ofen ausgestrahlt wird, und die Wärme von direktem Sonnenlicht.
Thermische Energie, auch als Wärme bekannt, ist eine Form von kinetischer Energie, die durch die Bewegung einzelner Atome entsteht, die miteinander kollidieren. Je angeregter die Atome sind, desto schneller bewegen sie sich und desto mehr kinetische Energie besitzen sie. Wenn sie miteinander kollidierenanderen Atomen wird diese kinetische Energie als Wärme erlebt.
Schallenergie ist eine Form von kinetischer Energie, die durch die Schwingung eines Objekts erzeugt wird, das sich durch die Verdrängung von Material in einem Medium, wie Luft oder Wasser, fortbewegt. Ohne zu verdrängende Partikel kann sich Schall jedoch nicht bewegen, weshalb kein Schall inein Vakuum wie den Weltraum. Außerdem kann dichteres Material Schall weitertragen, wie ein Sonar im Ozean oder das Läuten einer Glocke am Ufer.
Elektrische Energie ist auch eine Form der kinetischen Energie, die durch den Fluss freier Elektronen in einem Stromkreis erzeugt wird. Diese Form der kinetischen Energie ist für unsere moderne Welt unerlässlich, da sie die Energie für so viele unserer modernen Technologien liefert.
Mechanische Energie ist die offensichtlichste Form von kinetischer Energie, da wir sie fast überall sehen. Ob ein vorherrschender Wind, der die Rotorblätter einer Windkraftanlage dreht, ein Bus durch eine Kreuzung rollt oder eine Achterbahn einen Hang hinunterrolltdamit die Beschleunigung nur wieder langsamer wird, wenn sie den nächsten Hügel erklimmt, ist dieses Hin- und Herschwingen zwischen potentieller Energie und kinetischer Energie die visuell sichtbarste Art von kinetischer Energie.
Es gibtvier Hauptarten potentieller Energie die direkt in kinetische Energie umgewandelt werden kann.
Chemische Energie ist die Energie, die in den Bindungen zwischen Atomen gespeichert ist, aus denen Moleküle bestehen. Indem Sie diese Bindungen aufbrechen oder die Zusammensetzung der Moleküle ändern, können Sie einen Teil dieser gespeicherten Energie freisetzen, um kinetische Energie zu erzeugen. Eine der gebräuchlichsten Methoden, dies zu tunbesteht darin, eine Substanz als Brennstoff zu verbrennen, um diese Energie in Wärmeenergie umzuwandeln, z. B. durch das Verbrennen von Holz in einem Kamin, um einen Raum zu heizen.
Mechanische Energie, während es eine Form der kinetischen Energie ist, ist es auch eine Form der potentiellen Energie. Eine gebräuchliche Form der potentiellen mechanischen Energie ist Zug, wie das Zusammendrücken einer Feder oder das Verdrehen eines Seils, die dann gelöst werden kann, so dass siedreht sich in die entgegengesetzte Richtung, um die Eigenspannung zu lösen. Ein Gummiband ist auch ein Beispiel für potentielle mechanische Energie, die in der Elastizität des Gummis gebunden ist.
Kernenergie ist eine weitere wichtige Form der potentiellen Energie. Kernenergie bezeichnet die enorme Energiemenge, die den Atomkern zusammenhält und die freigesetzt werden kann, wenn ein Atomkern gespalten oder zwei Atomkerne miteinander verschmolzen werden. Kernenergie ist dafür verantwortlichErzeugung von kinetischer Strahlungsenergie in Form von Licht, Gammastrahlen und anderen Strahlungsformen, wie die aus der Kernfusion der Sonne oder der Strahlung, die bei der Kernspaltung einer Atombombe erzeugt wird.
Gravitationsenergie ist die potentielle Energie, die in einem Objekt als Funktion seines Abstands von einem Schwerpunkt gespeichert ist, am häufigsten als freier Fall aus einer bestimmten Höhe erlebt. Zum Beispiel hat eine Tasse Wasser auf der Kante eines Tisches potentielle GravitationEnergie, die als mechanische kinetische Energie freigesetzt wird, wenn eine Katze vorbeikommt und sie von der Tischkante stößt. Unser Achterbahn-Beispiel oben ist auch a primäres Beispiel für potentielle Gravitationsenergieda es die langen, steilen Abfahrten sind, die dem Coaster die kinetische Energie geben, um Schwerkraft und Reibung zu überwinden, um die nächste Steigung zu erreichen.
Wovon hängt die kinetische Energie ab?
Kinetische Energie ist auf potentielle Energie angewiesen, um sich zu bewegen. Newtons zweites Bewegungsgesetz besagt, dass ein bewegtes Objekt in einer geraden Linie in Bewegung bleibt, wenn nicht von einer äußeren Kraft darauf einwirkt, und dass ein Objekt stark ruhtneigt dazu, in Ruhe zu bleiben.
Der Versuch, einen großen Felsbrocken, der sich in der Mitte eines Feldes befindet, zu rollen, erfordert also eine Menge externer Energiezufuhr, während derselbe Felsbrocken, der auf einen Hügel kommt und anfängt, herunterzurollen, einfacher wird, je schneller er sich bewegtUmgekehrt benötigt dieser unkontrolliert einen Hügel hinunterrollende Felsblock deutlich mehr Energie zum Abbremsen oder Anhalten, was offensichtlich ist, wenn Sie jemals eine beträchtliche Masse einen Hügel hinunterrollen und auf etwas stoßen sehenNull Energie zum Abbremsen oder Stoppen.
In unserem Beispiel des Felsbrockens stammt die potentielle Energie, die eine Person benötigt, um den Felsbrocken aus dem Ruhezustand zu bewegen, aus der chemischen Energie in Ihrem Körper, die Sie durch den Stoffwechsel in mechanische kinetische Energie umwandeln, um gegen den Fels zu drücken. Vonaus der Perspektive des Felsens, Ihre Muskeln, die sich anstrengen, um ihn zum Rollen zu bringen, liefern mechanische potentielle Energie, die dann in ein langsam beschleunigendes Rollen umgewandelt wird.
Die kinetische Energie eines Objekts könnte also die potentielle Energie eines anderen Objekts sein, und diese Übertragung und Umwandlung von Energie von potentieller zu kinetischer Energie erfolgt in beide Richtungen gleichzeitig, oft in mehreren verschiedenen Formen von kinetischer und potentieller Energie gleichzeitig.
Um auf unser Beispiel einer Person zurückzukommen, die einen Felsbrocken einen Hang hinunterrollt, wenn dieser Hang die Seite eines ausbrechenden Vulkans ist und dieser Stein gerade aus einer Magmatasche gesprengt wurde und Hunderte oder Tausende von Grad Fahrenheit hat, wird es selbst wenn man sich ihm nähert.dich mit intensiver thermischer Energie treffen, was umso größer wäre, wenn du es schaffst, deine Hände so weit auf den Felsen zu bekommen, dass du mit dem Schieben beginnen kannst.
Oh, und an diesem Punkt werden die Haut und das Weichgewebe in Ihrer Hand zu potenzieller chemischer Energie, da die Hitze des geschmolzenen Gesteins Ihre Hände in einer chemischen Reaktion verbrennt, die Wasser, Kohlendioxid und verschiedene andere Chemikalien freisetzt, die durch das Verkohlen entstehenaus dem Fleisch deiner Hand und verwandelte es in eine Form von Holzkohle. Aber zumindest hättest du den Felsbrocken vielleicht ein Stück weit die Seite des Vulkans hinunterbewegt.
Verschiedene Arten von potentieller und kinetischer Energie: Wie werden sie im täglichen Leben genutzt?
Die verschiedenen Arten von kinetischer Energie werden bei fast allem verwendet, was wir tun.
Das größte Beispiel für Strahlungsenergie ist die von der Sonne, die die Erde in ein breites Spektrum von Strahlungsenergie in Form von Licht, Wärme und anderen Strahlungsarten taucht. Abgesehen davon, dass diese Energie verwendet wird, um unsere Welt visuell zu navigierenin Form von Sonnenlicht, können wir es auch in Photovoltaik-Paneelen einfangen und Strahlungsenergie in elektrische Energie umwandeln.Natürlich fangen auch Pflanzen und andere Organismen diese Energie ein und verwenden sie, um chemische Reaktionen anzutreiben, die Treibstoff für das Wachstum der Pflanze erzeugen.
Strahlungsenergie wird am meisten mit nuklearer potentieller Energie in Verbindung gebracht, kann aber auch durch chemische Energie erzeugt werden, wie bei chemischem Licht und Biolumineszenz. Sie kann auch ein Nebenprodukt von Wärmeenergie sein, wie die Spulenbrenner eines Elektroherdes.
Apropos, thermische Energie ist das, was wir verwenden, um uns warm zu halten und unser Essen zu kochen. Wir können sie auch verwenden, um Metalle biegsamer zu machen, damit wir sie biegen und formen können, um Werkzeuge herzustellen. So ziemlich immer dann, wenn wir etwas Erwärmtes brauchenWir betrachten thermische Energie. Der gebräuchlichste Weg, um aus potenzieller Energie thermische Energie zu gewinnen, besteht darin, Kraftstoff zu verbrennen, aber mechanische potenzielle Energie kann auch zu thermischer Energie werden.
Da thermische Energie das Ergebnis der Kollision einzelner Atome ist, treffen die Atome jedes Mal, wenn ein Objekt auf das andere trifft, auf die Atome des anderen Objekts und als Ergebnis wird thermische Energie erzeugt. Reibung ist eine weitere Möglichkeit, thermische Energie aus mechanischer Energie zu erzeugen.
Wir verwenden Schallenergie, um unsere Umgebung zu verstehen, miteinander zu kommunizieren und Musik zu machen. Fledermäuse verlassen sich auf Schallenergie für die Echoortung, um ihnen zu helfen, Insekten zu identifizieren, die sie essen können, und Wale verwenden Schallenergie, um mit anderen Mitgliedern ihrer Familie in Verbindung zu bleibenkapseln und Partner über weite Entfernungen finden. Schallenergie ist ein rein mechanischer Prozess, da Schallenergie in Wirklichkeit nur Schwingung ist.
Wenn wir in einem Medium schwingen, erzeugt es Klänge, die wir hören können, aber selbst in einem völligen Vakuum setzt die Schwingung eines Objekts immer noch Schallenergie frei, auch wenn wir sie nicht hören können.
Elektrische Energie ermöglicht es Ihnen, die Wörter auf dieser Seite jetzt zu lesen, dank der elektronischen Anzeige, die elektrische Energie in verschiedenfarbige Pixel auf Ihrem Bildschirm umwandelt.
Elektrische Energie wurde auch verwendet, um die digitalisierte Version dieser Wörter über Glasfaserkabel zu übertragen, die entweder direkt in den Computer geleitet wurden, mit dem Sie diese als elektrische Signale lesen, oder stattdessen von einem Wi . in Funkwellen umgewandelt wurden-Fi-Sender, den Ihr Computer dann wieder in elektrische Energie umwandeln konnte.
Alle diese Elektronen, die sich durch ein Material wie Kupferdrähte bewegen, regen die Atome an, mit denen sie in Kontakt kommen, wodurch sie sich etwas schneller bewegen. Dadurch entsteht Wärmeenergie, die entweder genutzt werden muss, wie in elektrischen Heizgeräten,oder als Abgas abgestrahlt. Elektrische Energie kann auch zu chemischer Energie werden, da Bindungen mit verschiedenen Molekülen gebildet werden. So speichern wir im Wesentlichen elektrische Energie in einer chemischen Batterie wie Lithium-Ionen-Akkus.
Sogar unser Körper nimmt chemische Energie in Form von Nahrung, Wasser und Sauerstoff auf und wandelt sie durch den Stoffwechsel in elektrische Impulse in unserem Nervensystem um, die es unserem Gehirn ermöglichen, Informationen zu verarbeiten, Nachrichten weiterzugeben oder Arbeit zu verrichten.
Schließlich ist mechanische Energie für alles verantwortlich, vom Drehen des Schlüssels, mit dem Sie Ihre Tür ver- oder entriegeln, über das Drehen eines Schraubendrehers zum Anziehen einer Schraube oder die Bewegung unserer Arme und Beine, die uns das Gehen ermöglichen. Sie ist auch verantwortlich fürverschiedene mechanische Turbinen, die für die Stromerzeugung unerlässlich sind, um die gesamte Technologie anzutreiben, auf die wir uns seit anderthalb Jahrhunderten verlassen.
Einfach ausgedrückt, wenn etwas physikalische Arbeit verrichtet, ist das Zusammenspiel zwischen potentieller Energie und kinetischer Energie beteiligt, was es zu einer der allgegenwärtigsten und essentiellsten Energieformen im Universum macht – und auch die meistensinnvoll.