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Physik Step 36 (neu)

Lernkarten zu Step 36 des Grundlagenfachs Physik: Arbeit, Energie und Leistung – ein Überblick (Energiebilanz vorher/nachher, gemischte Aufgaben).

Lernkarten zu Step 36 des Grundlagenfachs Physik: Arbeit, Energie und Leistung – ein Überblick (Energiebilanz vorher/nachher, gemischte Aufgaben).

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R. H.
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R. H.
Karten
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Sprache
Deutsch
Kategorie
Physik
Stufe
Mittelschule
Erstellt / Aktualisiert
23.10.2026 / 23.10.2026
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Lernkarten

Wie stellt man den Zusammenhang zwischen Arbeit an einem Körper und seiner Energie vorher/nachher übersichtlich dar?

Als Energiebilanz-Schema: links die Energie vorher (E_pot + E_kin), dazwischen der Pfeil mit der zugeführten oder abgeführten Arbeit W, rechts die Energie nachher. Es gilt E_vorher + W = E_nachher.

Welches Vorzeichen hat die Arbeit W im Energieschema, und wann?

W > 0, wenn dem Körper Energie zugeführt wird (Heben, Beschleunigen); W < 0, wenn ihm Energie entzogen wird (Bremsen, langsames Absenken).
Welche zwei Energieformen trägt man im Schema vorher und nachher ein, und was muss man vorher festlegen?

Lageenergie E_pot = m ⋅ g ⋅ h und Bewegungsenergie E_kin = ½ ⋅ m ⋅ v²; vorher das Nullniveau (h = 0) für die Lageenergie festlegen.

Wie zeigt sich ein Reibungsverlust im Energieschema vorher/nachher?

Die Energie nachher ist kleiner als Energie vorher plus zugeführte Arbeit; die Differenz E_vorher + W – E_nachher ist als Wärme „verloren“ gegangen.

Timo trägt eine Getränkekiste (m = 12 kg) langsam um h = 8,0 m nach oben. Welche Arbeit verrichtet er an der Kiste? (g = 10 m/s²)

W = m ⋅ g ⋅ h = 12 kg ⋅ 10 m/s² ⋅ 8,0 m = 960 J = 0,96 kJ (reine Hubarbeit, da Start und Ende ohne Beschleunigung)

Eine Schülerin zieht einen Wagen mit konstant F = 45 N genau in Bewegungsrichtung über s = 20 m. Verrichtete Arbeit?

W = F ⋅ s = 45 N ⋅ 20 m = 900 J = 0,90 kJ
Du schiebst eine Kiste mit F = 120 N schräg nach unten; nur 70 % der Kraft wirken in Bewegungsrichtung. Die Kiste rutscht s = 6,0 m. Verrichtete Arbeit?

Nur die Parallelkomponente zählt: F_s = 0,70 ⋅ 120 N = 84 N; W = F_s ⋅ s = 84 N ⋅ 6,0 m ≈ 0,50 kJ

Ein Einkaufswagen (m = 35 kg) rollt mit v = 2,8 m/s und wird bis zum Stillstand gebremst. Welche Arbeit wird an ihm verrichtet?

W = ΔE_kin = 0 – ½ ⋅ 35 kg ⋅ (2,8 m/s)² ≈ –0,14 kJ – negativ, weil dem Wagen Energie entzogen wird.

Ein Skateboarder (m = 60 kg) stösst sich aus dem Stand ab und fährt danach mit v = 5,0 m/s. Welche Arbeit wurde insgesamt an ihm verrichtet?

W = ΔE_kin = ½ ⋅ m ⋅ v² = ½ ⋅ 60 kg ⋅ (5,0 m/s)² = 750 J = 0,75 kJ

Ein Blumentopf (m = 1,9 kg) wird von einem 0,90 m hohen Tisch langsam auf den Boden abgesenkt. Welche Arbeit verrichtest du am Topf? (g = 10 m/s²)

W = –m ⋅ g ⋅ h = –1,9 kg ⋅ 10 m/s² ⋅ 0,90 m = –17 J – negativ, weil die Lageenergie des Topfs abnimmt.
Ein Go-Kart (m = 180 kg) fährt mit 36 km/h und wird gleichmässig gebremst; nach 22 m steht es. Mittlere Bremskraft (Betrag)?

v = 36 / 3,6 m/s = 10 m/s; E_kin = ½ ⋅ 180 kg ⋅ (10 m/s)² = 9000 J; |F| = E_kin / s = 9000 J / 22 m ≈ 0,41 kN

Ein Schlitten (m = 25 kg) rutscht mit v = 6,0 m/s auf ebener Bahn; die Reibungskraft ist konstant |F_R| = 30 N. Wie weit rutscht er bis zum Stillstand?

E_kin = ½ ⋅ 25 kg ⋅ (6,0 m/s)² = 450 J; W_R = –|F_R| ⋅ s = –450 J ⇒ s = 450 J / 30 N = 15 m

Ein Aufzugmotor hebt eine Kabine (m = 400 kg) in Δt = 12 s um h = 9,0 m (Start und Ende langsam). Mittlere Leistung? (g = 10 m/s²)

W = m ⋅ g ⋅ h = 400 kg ⋅ 10 m/s² ⋅ 9,0 m = 36 kJ; P = W / Δt = 36000 J / 12 s = 3,0 kW

Ein Paket (m = 6,0 kg) wird mit konstanter Seilkraft F_s = 55 N über s = 4,0 m eine Rampe hochgezogen, aus der Ruhe auf v = 3,0 m/s. Zunahme der Lageenergie?

W_Seil = F_s ⋅ s = 55 N ⋅ 4,0 m = 220 J; ΔE_kin = ½ ⋅ 6,0 kg ⋅ (3,0 m/s)² = 27 J; Energiegleichung W_Seil = ΔE_pot + ΔE_kin ⇒ ΔE_pot = 220 J – 27 J ≈ 0,19 kJ
Fahrer und Fahrrad (m = 85 kg) rollen mit 25 km/h; beim Bremsen wird die ganze Bewegungsenergie zu Wärme in den Bremsen. Wie gross ist diese Energie?

v = 25 / 3,6 m/s ≈ 6,9 m/s; E_kin = ½ ⋅ 85 kg ⋅ (6,9 m/s)² ≈ 2,0 kJ

Detektivfall: Ein Wagen (m = 10 kg) fällt aus der Ruhe von einem Regal (h = 1,5 m) und rollt danach mit v = 4,0 m/s weiter. Wie viel Energie ging durch Reibung und Luftwiderstand verloren? (g = 10 m/s²)

E_vorher = m ⋅ g ⋅ h = 10 kg ⋅ 10 m/s² ⋅ 1,5 m = 150 J; E_nachher = ½ ⋅ 10 kg ⋅ (4,0 m/s)² = 80 J; Verlust = 150 J – 80 J = 70 J

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