Erhaltungssätze

Es gibt Gesetze in der Physik, die nur in bestimmten Sachverhalten gelten. Wenn es jedoch um ganz kleine Moleküle oder riesen Planeten geht, verlieren sie ihre Geltung.

Anders sind die Erhaltungssätze. Sie gelten absolut immer, ohne Ausnahme.

Energieerhaltung

Energie ist definiert als eine Kraft über eine Strecke (E=F*s). Diese Energie kann niemals verloren gehen und auch nicht erzeugt werden. Sie kann lediglich in eine andere Energieform umgewandelt werden, z.B. von kinetischer Energie in thermische Energie: Reibt man seine Hände aneinander werden sie warm.

Die weitverbreitete Formulierung „Energie wird verbraucht“ ist somit falsch. Egal worum es geht Energie wird niemals verbraucht, sie wird umgewandelt und zeigt sich danach in einer anderen Art und Weise. Folglich gilt für jeden physikalischen Vorgang:

Evorher = Enachher

Welche Arten von Energie gibt es ?

In der Mechanik fokussiert man sich vor allem auf drei Formen der Energie:

Kinetische Energie

Die kinetische Energie beschreibt die Energie, die in Bewegung gespeichert ist. Wie groß sie ist hängt von der Geschwindigkeit der Bewegung und der Masse des bewegten Körpers ab: Ekin = 1/2*m*v^2

Potentielle Energie

Die potentielle Energie beschreibt die Energie, die ein Körper allein durch seine Lage bzw. Höhe hat. Sie hängt ab von der Masse des Körpers, seiner Höhe und dem Faktor g. Der Faktor ist abhängig vom Ort an dem sich der Körper befindet und seiner individuellen Schwerkraft. Auf der Erde gilt g=9,81m/s^2. Somit gilt für die potentielle Energie: Epot = m*g*h

Spannenergie

Die Spannenergie, oft ebenfalls potentielle Energie genannt, beschreibt die Energie die in einer zusammengedrückten Feder gespeichert ist. Sie hängt ab von der Auslenkung, als Länge der „Zusammendrückung“ und der Federkonstante D, die von der Art und Weise der Feder abhängt. Es gilt:

Espann = 1/2*D*s^2

Es gibt noch weitere Energieformen wie z.B. thermische Energie und chemische Energie, diese sind für die Mechanik allerdings von geringer Relevanz.

Impulserhaltung

Wie die Energie kann auch ein Impuls nicht verloren gehen. Vor und nach einem Vorgang (beim Impuls in der Regel Stöße) ist der Gesamtimpuls aller gestoßenen Körper gleich.

Es gilt: Pvorher = Pnachher

Der Impuls p ist definiert als Produkt von Geschwindigkeit und Masse: p = m*v