9. OKTOBER 2014 DIE ZEIT No 42

Illustration: Katrin Guddat

Recherche: Haluka Maier-Borst, Christoph Drösser

Quellen: D. C. Giancoli: »Physik«; Spektrum: »Lexikon der Physik«

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GRAFIK 39Thema: Energie

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Der Energieverlauf

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Auf dem höchsten Punkt seiner Bahn hat der Ball seine maximale Lageenergie. Er ist langsamer geworden, hat aber noch einen Rest Bewegungsenergie und fliegt weiter in Richtung Korb.

2. Höchster Punkt

Für einen Moment kommt der Ball im Netz des Basketballkorbs zur Ruhe. Die Lageenergie bleibt gleich, aber er verliert seine gesamte Bewegungsenergie. Ein großer Teil wird per Reibung in Wärme umgewandelt: Sowohl der Ball als auch das Netz werden unmerklich wärmer.

3. Im Netz

Voller KraftEnergie tritt in zahlreichen Formen auf. Sie steckt im Handyakku, im Tank eines Autos, in den Strahlen der Sonne, in einem Schokoriegel, in einem gespannten Gummiband. Die Gemeinsamkeit ist, so kann man es vereinfacht sagen: Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.

Der Energieerhaltungssatz besagt:In einem abgeschlossenen System bleibt die Gesamtenergie konstant. Elektrische Energie etwa wird in Motoren in Bewegung, chemische Energie bei einer Verbrennung in Wärme umgewandelt. Allerdings funktioniert die Umwandlung nicht in jede Richtung – diffuse Wärme ist der Albtraum der Ingenieure: Sie schaffen es nicht, diese weiter zu nutzen.

So ist es letztlich auch in unserem Basketball-Beispiel: Spielerisch gesehen war die Sache ein Erfolg, der Spieler hat gepunktet. Vom energetischen Stand-punkt aus hat der Athlet mit seiner Körperkraft lediglich die Umgebung ein kleines bisschen erwärmt.

1. AbwurfDer Spieler verleiht dem Ball mit seiner Muskelkraft Bewegungs energie. Außerdem hat der Ball schon eine gewisse Lageenergie, weil er sich in rund drei Meter Höhe über dem Boden befindet.

Wir reden oft davon, dass wir Energie »verbrauchen«. Einem Physiker sträuben sich da die Haare. Denn er weiß: Energie kann verschiedene Formen annehmen, bleibt in der Summe aber immer gleich – so sagt es der Energieerhaltungssatz. Wir erläutern dieses Prinzip am Beispiel eines Basketballspielers

4. Freier Fall

5. Auf dem Boden

Aus dem Netz bewegt sich der Ball im freien Fall zu Boden und beschleunigt dabei. Dabei wird seine Lageenergie komplett* in Bewegungsenergie umgewandelt.

Der Ball trifft auf den Boden. Bewegungs- und Lageenergie gehen schlagartig auf null*, der größte Teil der Energie verformt den elastischen Ball. Gleich zeitig erwärmt sich der Ball aber auch. Sobald er sich wieder entspannt, wird die Verformungsenergie wieder zu Bewegungsenergie – der Ball springt hoch, aus Bewegungs- wird Lage-energie, er fällt wieder herunter und so wei-ter. Aufgrund des Wärmeverlusts erreicht der Ball aber jedes Mal eine geringere Höhe, bis er irgendwann am Boden liegen bleibt.

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Bewegungsenergie Lageenergie Verformungsenergie Wärmeenergie

* Man muss ein Nullniveau für die Lageenergie festlegen – in diesem Fall ist das der Hallenboden.

Die Energieformen des Basketballs im Verlauf des Korbwurfs: Im Moment des Abwurfs (Nr. 1) hat der Ball durch seine Höhe noch viel Lageenergie, durch den Schwung des Werfers außerdem Bewegungsenergie. Auf dem Boden (Nr. 5) ist beides gering, dafür entsteht Wärme.

Energie geht nicht verloren, wird weder erzeugt noch vernichtet

– von vorher zu nachher wird sie immer nur umgewandelt.

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