Eine Taschenlampe leuchtet, bis die Batterie leer ist. Was ist mit der chemischen Energie der Batterie passiert?

Erklärung: Energie kann weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur umgewandelt werden — die Gesamtenergie eines abgeschlossenen Systems bleibt konstant. Die chemische Energie der Batterie steckt jetzt in Licht und Wärme, "weg" ist sie nicht.

Beim Fallenlassen eines Balls von einem Turm nimmt die Gesamtenergie des Balls zu.

Erklärung: Falsch! Die Gesamtenergie bleibt konstant (Energieerhaltung). Die Höhenenergie wird in kinetische Energie umgewandelt: E_h + E_kin = const.

Eine Kugel (2 kg) rollt aus 5 m Höhe eine reibungsfreie Bahn hinab. Wie groß ist ihre kinetische Energie am Fuß der Bahn? (g = 10 m/s², Antwort in Joule)

Erklärung: Energieerhaltung: E_kin (unten) = E_h (oben) = m · g · h = 2 · 10 · 5 = 100 J.

Ein Ball (0,2 kg) wird mit 10 m/s senkrecht nach oben geworfen. Welche maximale Höhe erreicht er? (g = 10 m/s², Antwort in Metern)

Erklärung: Energieerhaltung: ½·m·v² = m·g·h → h = v²/(2·g) = 100/20 = 5 m. Die Masse kürzt sich heraus.

Ein Pendel schwingt hin und her. An welcher Stelle hat es die größte Geschwindigkeit?

Erklärung: Am tiefsten Punkt ist die gesamte Höhenenergie in kinetische Energie umgewandelt. Dort ist die Geschwindigkeit maximal.

Bei einem reibungsfreien Pendel gilt: E_kin + E_h = ___.

Erklärung: Nach dem Energieerhaltungssatz ist die Summe aus kinetischer und potentieller (Höhen-)Energie in einem reibungsfreien System konstant.

Ein Skateboardfahrer (50 kg) fährt eine Rampe hoch und erreicht eine Höhe von 3 m. Mit welcher Geschwindigkeit ist er unten losgefahren? (g = 10 m/s², Antwort in m/s, auf ganze Zahl gerundet)

Erklärung: ½·m·v² = m·g·h → v = √(2·g·h) = √(2·10·3) = √60 ≈ 7,75 ≈ 8 m/s.

Ein Schlitten rutscht einen Hang hinab und kommt auf der ebenen Strecke durch Reibung zum Stehen. Seine Bewegungsenergie ist damit vernichtet.

Erklärung: Falsch! Die Gesamtenergie bleibt auch bei Reibung erhalten. Die Bewegungsenergie des Schlittens wurde durch die Reibung in Wärme umgewandelt — Kufen und Schnee sind ein kleines bisschen wärmer geworden.

Ein Auto bremst von 100 km/h auf 0. In welche Energieform wird die kinetische Energie hauptsächlich umgewandelt?

Erklärung: Beim Bremsen entsteht durch Reibung in den Bremsscheiben Wärme. Die kinetische Energie wird in Wärmeenergie umgewandelt.

Ein Stein (0,5 kg) fällt aus 20 m Höhe. Welche Geschwindigkeit hat er nach 10 m Fall? (g = 10 m/s², Antwort in m/s, auf ganze Zahl gerundet)

Erklärung: Nach 10 m Fall: ½·m·v² = m·g·Δh → v = √(2·g·Δh) = √(2·10·10) = √200 ≈ 14,1 ≈ 14 m/s.

Auf einer Achterbahn fährt ein Wagen bergab. Was passiert mit der Energie (ohne Reibung)?

Erklärung: Bergab nimmt die Höhe ab (weniger Höhenenergie) und die Geschwindigkeit zu (mehr kinetische Energie). Die Gesamtenergie bleibt gleich.

Ein Fadenpendel hat an seinem höchsten Punkt eine Höhenenergie von 0,8 J (gemessen vom tiefsten Punkt aus) und eine kinetische Energie von 0 J. Wie groß ist die kinetische Energie am tiefsten Punkt in Joule?

Erklärung: Energieerhaltung: E_gesamt = E_h + E_kin = 0,8 + 0 = 0,8 J. Am tiefsten Punkt ist E_h = 0, also E_kin = 0,8 J. (Bei einem auf und ab schwingenden Federpendel wäre das anders: Dort ist auch der tiefste Punkt ein Umkehrpunkt mit E_kin = 0 — die Energie steckt dann in der gespannten Feder.)

Beim freien Fall ohne Luftwiderstand ist die Summe aus ___ und kinetischer Energie konstant.

Erklärung: Im freien Fall wird Höhenenergie (E_h = m·g·h) in kinetische Energie (E_kin = ½·m·v²) umgewandelt. Die Summe bleibt konstant.

Auf einer Achterbahn startet ein Wagen (600 kg) aus 40 m Höhe in Ruhe. Welche Geschwindigkeit hat er am tiefsten Punkt? (g = 10 m/s², ohne Reibung, Antwort in m/s, auf ganze Zahl gerundet)

Erklärung: m·g·h = ½·m·v² → v = √(2·g·h) = √(2·10·40) = √800 ≈ 28,3 ≈ 28 m/s.

Zwei Steine (1 kg und 3 kg) fallen ohne Luftwiderstand aus 4 m Höhe. Der schwerere Stein kommt mit deutlich höherer Geschwindigkeit unten an.

Erklärung: Falsch! Die Masse kürzt sich heraus: m·g·h = ½·m·v² → v = √(2·g·h). Beide Steine sind unten gleich schnell — schwerere Körper fallen ohne Luftwiderstand nicht schneller.

Ein Springer (70 kg) springt 1,2 m hoch. Wie groß ist seine Absprunggeschwindigkeit? (g = 10 m/s², Antwort in m/s, eine Dezimalstelle)

Erklärung: ½·m·v² = m·g·h → v = √(2·g·h) = √(2·10·1,2) = √24 ≈ 4,9 m/s.

Aufgabe 1 von 16