Kinetische Energie
Wie viel Bewegungsenergie steckt in einer Masse mit der Geschwindigkeit v?
Die kinetische Energie (Bewegungsenergie) E_kin eines Körpers hängt von seiner Masse m und dem Quadrat seiner Geschwindigkeit v ab. Sie entspricht der Arbeit, die nötig war, den Körper aus dem Stand auf v zu beschleunigen – und der Arbeit, die eine Bremse in Wärme umsetzen muss, um ihn wieder anzuhalten. Doppelte Geschwindigkeit bedeutet vierfache Energie.
Die Formel gilt für die Translation (geradlinige Bewegung) eines Körpers; rotierende Teile (Schwungrad, Rotor) haben zusätzlich Rotationsenergie ½ · J · ω². In der Praxis wird sie für Bremsauslegung, Aufprallenergie, Puffer und Anschläge, Schwungmassen und die Energiebilanz von Fahrzeugen gebraucht. Mit m in kg und v in m/s ergibt sich E_kin in J.
Größen und Einheiten
| Symbol | Bedeutung | Einheit |
|---|---|---|
| kinetische EnergieBewegungsenergie des Körpers (1 J = 1 N·m) | J | |
| MasseMasse des bewegten Körpers | kg | |
| GeschwindigkeitGeschwindigkeit des Körpers; 1 m/s = 3,6 km/h | m/s |
Rechenweg
- Werte eintragen, eine Größe leer lassen, „Lösen“ drücken.
GrafikKinetische Energie über der Geschwindigkeit (Parabel)
Ergebnis ohne Gewähr – ersetzt keine Fachplanung.
Beispiel
Ein Transporter mit 3 500 kg fährt mit 54 km/h. Welche kinetische Energie müssen die Bremsen bei einer Vollbremsung bis zum Stillstand in Wärme umsetzen?
- Gegeben: m = 3 500 kg, v = 54 km/h = 54 / 3,6 m/s = 15 m/s. Gesucht: E_kin.
- Formel: E_kin = ½ · m · v².
- Einsetzen: E_kin = 0,5 · 3 500 kg · (15 m/s)² = 0,5 · 3 500 · 225 J = 393 750 J.
- Umrechnen: 393 750 J ≈ 394 kJ ≈ 0,11 kWh. Bei 27 km/h (halbe Geschwindigkeit) wäre es nur ein Viertel, rund 98 kJ.
Ergebnis: 393 750 J ≈ 394 kJ
Gültigkeit & Hinweise
- Gilt für die geradlinige Bewegung (Translation). Rotierende Massen haben zusätzlich Rotationsenergie E_rot = ½ · J · ω².
- Die kinetische Energie ist gleich der Beschleunigungsarbeit aus dem Stand und gleich der Bremsarbeit bis zum Stillstand.
- Geschwindigkeit in m/s einsetzen; km/h ÷ 3,6 = m/s.
Typische Fehler
- Geschwindigkeit in km/h eingesetzt – der Fehler geht quadratisch ein (Faktor 13).
- Faktor ½ vergessen.