Gesetz der Energieerhaltung

Was besagt eigentlich ein Energieerhaltungssatz? Energie kann weder erzeugt noch verbraucht werden. Es ist lediglich möglich, verschiedene Energieformen ineinander umzuwandeln. In der Mechanik gilt der Energieerhaltungssatz: Die Summe aus potenzieller Energie und kinetischer Energie ist in abgeschlossenen, reibungsfreien Systemen konstant. Wird dennoch davon gesprochen, dass einem System, zum Beispiel durch Reibung, Energie verloren geht, so ist meist gemeint, dass die Energie in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben wird.

Was ist ein System in der Physik? Wenn man in physikalischer Hinsicht ein System erklären möchte, dann ist es ein in sich gegliedertes geordnetes Ganzes und ist in der Mechanik eindeutig zu seiner Umgebung abgegrenzt. Beispiele für solche Systeme wären eine Achterbahn, das Sonnensystem, das Auto und sogar der Mensch. Wobei man mechanische Systeme wiederum in offene und geschlossene Systeme gliedern kann. Die offenen Systeme stehen in Wechselwirkung mit der Umgebung und bei einem geschlossenen System gibt es keine Wechselwirkung mit der Umgebung.

Wenn man das Beispiel einer Skaterbahn nimmt, wo der Skater oben steht, hat dieser Skater in dem Moment potenzielle Energie, da er in einer bestimmten Höhe steht, da er durch die Leistung von Hubarbeit diese Höhe erreicht hat. Wenn der Skater nun aber die Piste herunterrollt, wandelt er die potenzielle Energie in kinetische Energie um, das heißt, aus der Hubarbeit wird Beschleunigungsarbeit. Anhand einiger markanter Größen, wie die Höhe der Skaterbahn und das Gewicht des Skaters kann man errechnen, mit welcher Geschwindigkeit er die Piste herunterrollt. Schafft der Skater es, die andere Seite der Rampe zu erreichen, hat er dort wieder potenzielle Energie. Also kann man sagen, er erreicht die andere Seite der Rampe, indem er seine potenzielle Energie nutzt, um die Rampe herunterzurollen, bei der er sie in kinetische Energie umwandelt, um dann die andere Seite zu erreichen.

Da dieses Thema mindestens in der Oberschule in Physik behandelt wird, findet man die Formeln dazu im Tafelwerk, welches man bei Klausuren und Kontrollen immer benutzen darf.