PhysProf - Kinetische Energie - Potentielle Energie - Lageenergie - Beschleunigungsarbeit

PhysProf - Physik-Software - Kinetische und potentielle Energie

Fachthemen: Kinetische und potentielle Energie

PhysProf - Mechanik - Eine Software zur Visualisierung von Sachverhalten aus verschiedenen Teilgebieten der Physik zur Analyse naturwissenschaftlicher Gesetzmäßigkeiten mittels Simulationen und 2D-Animationen für die Ausbildung, die Schule und den Beruf.

PhysProf - Physikprogramm mit Animationen - Kinetische und potentielle Energie

Online-Hilfe für das Modul
zur Analyse des Prinzips der Umwandlung
von potentieller Energie in kinetische Energie sowie umgekehrt.

Dieses Teilprogramm ermöglicht die Durchführung interaktiver Analysen zu diesem Fachthema und eine Untersuchung der entsprechenden physikalischen Sachverhalte.

PhysProf - Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte 

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Themen und Stichworte zu diesem Modul:

Energieerhaltungssatz - Bewegungsenergie - Energie - Kinetische Energie - Potentielle Energie - Energieerhaltung - Lageenergie - Einheit - Physikalische Einheit - Beschleunigungsarbeit - Diagramm - Höhe - Joule - Arbeit - Masse - mgh - Maßeinheit - Translation - Gewichtskraft - Energieformen - Höhe - Animation - Mechanische Energie berechnen - Bild - Grafik - Simulation - Berechnung - Darstellen - Grafische Darstellung - Zusammenhang - Formeln - Gleichung - Beispiel - Rechner - Naturwissenschaftliche Gesetzmäßigkeiten

 
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Kinetische Energie und potentielle Energie - Mechanische Energie


Im Unterprogramm [Mechanik I] - [Kinetische und potentielle Energie] lässt sich das Prinzip der Umwandlung von potentieller in kinetische Energie, und umgekehrt, veranschaulichen.

PhysProf - Kinetische Energie - Potentielle Energie - Höhe - Masse - Geschwindigkeit - Energie

Das Modell illustriert die Umwandlung dieser Energieformen unter Vernachlässigung der Reibung und sonstiger Einflüsse. Hierbei gleitet ein Körper der Masse m (symbolisch als Kreis dargestellt) einen Hang hinunter.

Das Gesetz von der Erhaltung der Energie besagt, dass Energie weder entstehen noch verschwinden kann. Hieraus folgt: Die Energiesumme ist in einem abgeschlossenen System, welchem also weder Energie zugeführt, noch entzogen wird, konstant.

Energieerhaltungssatz der Mechanik:

In einem abgeschlossenen mechanischen System bleibt die Summe der mechanischen Energie (potentielle, kinetische und Rotationsenergie) konstant.

Energie - Gleichung - 1

Hierbei sind:

h: Höhe, um welche der Körper gehoben wird [m]

m: Masse des Körpers [kg]

g: Fallbeschleunigung [m/s²]

Epot: Potentielle Energie [J]

Erot: Rotationsenergie [J]

Ekin: Kinetische Energie [J]
 

Unter Energie wird die Fähigkeit eines Körpers verstanden, Arbeit zu verrichten. Wird an einem Körper Arbeit verrichtet, so vergrößert sich dessen Energie und versetzt diesen in die Lage seinerseits Arbeit zu verrichten. Um den Abstand eines Körpers vom Erdmittelpunkt zu vergrößern, ihn zu heben, muss Arbeit verrichtet werden. Diese wird hierbei in Form potentieller Energie im Körper gespeichert:

Energie - Gleichung - 2

Hinweise:

  • Dieser Zusammenhang gilt nur für relative Hubwege nahe der
    Erdoberfläche, da im Schwerefeld eines Himmelskörpers die
    Schwerkraft und somit die Fallbeschleunigung abnimmt.
     
  • Wird ein Körper um eine Höhe h gesenkt, so gibt er eine nach
    obiger Formel berechenbare Energie ab.

Durchfällt ein Körper die Höhe h, so wandelt sich seine potentielle Energie Epot in kinetische Energie Ekin.

Energie - Gleichung - 3

Die hierfür aufgewendete Arbeit (Beschleunigungsarbeit) beträgt:

Arbeit - Gleichung

In der Praxis jedoch gibt es keine rein mechanischen Vorgänge, da infolge auftretender Reibung ein Teil der mechanischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird.
 

Programmbedienung

Durch die Festlegung der Masse m mit dem dafür vorgesehenen Rollbalken und die Bedienung des Schalters Start wird die Simulation gestartet.

Das Programm bewegt hierbei einen Massenpunkt m auf der dargestellten Kurvenbahn, zeigt die momentan vorhandene Geschwindigkeit v und Höhenposition h der sich bewegenden Masse an und gibt die zur entsprechenden Zeit bei Position x vorliegenden Werte für Epot und Ekin aus. An den im unteren Diagramm dargestellten Balken können Sie dabei die Relation der momentan vorhandenen Energieformen Epot und Ekin beobachten.

Eine Bedienung der Schaltfläche Urzustand versetzt das Programm wieder in den Anfangszustand.
 

Kurzbeschreibungen einiger Module zu entsprechenden Themenbereichen

Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Optik - Kurzinfos zum Themengebiet Thermodynamik sowie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zu sonstigen Themengebieten.

 

Nützliche Infos zu diesem Themengebiet

 

Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter folgenden Adressen zu finden.

Wikipedia - Energie
Wikipedia - Kinetische Energie
Wikipedia - Potentielle Energie
 

Video

 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Implementierte Module zum Themenbereich Mechanik


4-Takt-Ottomotor - Impulssatz - Gleichförmige und gleichförmig beschleunigte Bewegung - Bewegung und Geschwindigkeit - Geschwindigkeit und Beschleunigung - Wellen - Druck in Flüssigkeiten - Ideale Strömung - Kinetische und potentielle Energie - Brownsche Bewegung - Molekularbewegung - Harmonische Schwingungen - Kreisbahnbewegung - Auftrieb - Geneigte Ebene - Freier Fall - Waagerechter und schiefer Wurf - Pendel - Chaos-Doppelpendel - Gedämpfte mechanische Schwingung - Rolle und Flaschenzug - Balkenwaage - Hebelgesetz - Zweites Newtonsches Gesetz - Drittes Newtonsches Gesetz - Mechanische Arbeit - Hookesches Gesetz
 

Unsere Produkte
 
PhysProf 1.1
Physik interaktiv
 
PhysProf 1.1 ist ein Programm für alle, die die Aufgabe oder das Ziel haben, sich physikalische Gesetzmäßigkeiten und Gegebenheiten zu verdeutlichen. Es spricht alle an, die sich für die Ergründung physikalischer Prozessabläufe und derartige Zusammenhänge interessieren. In zahlreichen Unterprogrammen besteht die Möglichkeit, Veränderungen von Einflussgrößen manuell, oder durch die Ausgabe automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren. Inhaltlich umfasst es ca. 70 verschiedene Unterprogramme zu den Fachthemenbereichen Mechanik, Elektrotechnik, Thermodynamik und Optik.
 

Bilder zum Programm PhysProf 1.1 - Mechanik - Elektrotechnik - Thermodynamik - Optik
 

Durch die Benutzung dieses Programms wird es ermöglicht, bereits bekannte Fachthemeninhalte aufzuarbeiten und entsprechende Sachverhalte numerisch wie auch grafisch zu analysieren. Mittels der freien Veränderbarkeit der Parameter von Einflussgrößen bei der Ausgabe grafischer Darstellungen besteht in vielen Unterprogrammen die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Zusammenhängen manuell oder durch die Anwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.

Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 300 Seiten.

 
 
   
MathProf 5.0
Mathematik interaktiv

 
MathProf 5.0 ist ein Programm für alle, die die Aufgabe oder das Ziel haben, sich mathematische Sachverhalte auf einfache Weise zu verdeutlichen. Zudem spricht es diejenigen an, die sich für Mathematik interessieren, oder mathematische Probleme verschiedenster Art zu lösen haben und von grafischen 2D- und 3D-Echtzeitdarstellungen sowie Animationen beeindruckt sind.
 

Bilder zum Programm MathProf 5.0 - Analysis - Trigonometrie - Algebra - 3D-Mathematik - Vektoralgebra - Geometrie
 

Es eignet sich insbesondere dafür, um interaktive grafische Untersuchungen sowie numerische Berechnungen zu entsprechenden Fachthemen durchführen zu lassen. Mehr als 300 verschiedene Unterprogramme decken die mathematischen Themenbereiche Analysis, Geometrie, Trigonometrie, Algebra, Stochastik, 3D-Mathematik und Vektoralgebra großflächig ab.


Bilder zum Programm MathProf 5.0 - Analysis - Trigonometrie - Algebra - 3D-Mathematik - Stochastik - Vektoralgebra - Numerisch - Grafisch - Plotten - Graph


Durch die Nutzbarkeit vieler implementierter grafischer Features bestehen vielseitige gestaltungstechnische Möglichkeiten, ausgegebene Grafiken in entsprechenden Unterprogrammen auf individuelle Anforderungen anzupassen. Durch die freie Veränderbarkeit von Parametern und Koordinatenwerten bei der Ausgabe grafischer Darstellungen, besteht in vielen Modulen zudem die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Gebilden und Zusammenhängen manuell oder durch die Verwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.
 
Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 1600 Seiten.


Eine Übersicht aller in MathProf 5.0 zur Verfügung stehender Programmteile finden Sie im MathProf - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
 
Zum Inhaltsverzeichnis von MathProf 5.0
 
Kurzinfos zu Inhalten einiger in MathProf 5.0 eingebundnener Unterprogramme erhalten Sie unter:
 
Videos zu einigen mit diesem Programm erzeugten Animationen finden Sie unter Videos, oder einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche ausführen.
 
Zu den Videos zu MathProf 5.0
 
 
 
SimPlot 1.0

Visualisierung und Simulation interaktiv
 

SimPlot 1.0 ist eine Anwendung, welche es unter anderem durch interaktiv erstellbare Präsentationen ermöglicht, sich Sachverhalte aus vielen technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen grafisch darstellen und diese multifunktional sowohl statisch, wie auch in Form bewegter Grafiken ausgeben zu lassen. Das Programm erlaubt die Erstellung von Gebilden mit zweidimensionalen grafischen Objekten, welche als geometrische Figuren und Bilder zur Verfügung stehen.
 
Es bietet zudem die Möglichkeit, Zusammenhänge im Bereich der Planimetrie auf einfache Weise interaktiv zu analysieren. Unter anderem wird es ermöglicht, mit erzeugten Gebilden geometrische Transformationen durchzuführen und diesen automatisch ablaufende Bewegungs- und Verformungsprozesse zuzuweisen.

 
Bilder zum Programm SimPlot 1.0 - Zweidimensionale Grafiken, Simulationen und Animationen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche

 
SimPlot kann sowohl zur Erstellung von Infografiken, zur dynamischen Datenvisualisierung, zur Auswertung technisch-wissenschaftlicher Zusammenhänge sowie zur Erzeugung bewegter Bilder für verschiedenste Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Neben der Bereitstellung vieler mathematischer Hilfsmittel und zusätzlicher Unterprogramme erlaubt es auch die Einblendung von Hilfslinien zur Echtzeit, welche dienlich sind, um sich relevante Sachverhalte und Zusammenhänge unmittelbar begreiflich zu machen.

Dieses Programm verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 900 Seiten.
 
Eine Inhaltsübersicht dessen finden Sie unter SimPlot - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

Zum Inhaltsverzeichnis von SimPlot 1.0
 
Beispiele einiger mit Simplot 1.0 erzeugter Grafiken finden Sie unter Beispiele, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.

Zu Beispielen von SimPlot 1.0
 
Videos zu einigen mit diesem Programm erzeugten Animationen finden Sie unter Videos, oder einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche ausführen.
 
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