Eine kleine Einführung in das Projekt „Mausefallenauto“ Klasse 8 | Recker Was ist Energie?

Projekt: Mausefallenauto Welche physikalischen Prozesse spielen bei der Bewegung eines selbstgebauten Fahrzeugs mit mechanischem Antrieb eine Rolle? Wie lassen sich die Prozesse mathematisch beschreiben? Welche Grenzen gibt es?

Projekt: Mausefallenauto Ihr werdet in Partnerarbeit basierend auf euren Vorüberlegungen ein Mausefallenauto selbst konstruieren. Als (mechanischer) Antrieb dient eine handelsübliche Mausefalle. Alle erhalten die gleiche Mausefalle.

Projekt: Mausefallenauto Inwiefern stellt die Mausefalle einen Antrieb dar? In der gespannten Feder ist „etwas“ gespeichert, das das Mausefallenauto in Bewegung setzen wird. Dieses „etwas“ bezeichnen wir als Energie.

Definitionsversuch: Energie Energie ist die Fähigkeit, mechanische Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszustrahlen. Die Energie ist eine Zustandsgröße und in abgeschlossenen Systemen eine Erhaltungsgröße. Problem: Um den Begriff „Energie“ zu definieren, müssen wir viele andere Begriffe definieren und verstehen…

Physikalisches System In der Physik wird ein von seiner Umgebung abgegrenzter Bereich als physikalisches System bezeichnet. Je nach der Art der Abgrenzung zwischen System und Umgebung unterscheidet man zwischen offenen und abgeschlossenen Systemen. Beispiele für physikalische Systeme: PKW-Motor, Kühlschrank, Sonnensystem

Abgeschlossene und offene Systeme Abgeschlossenes System Offenes System Der Raum heizt sich auf… 𝐸=konstant Öffnung Heizung Heizung Energie gelangt nach außen… 𝐸≠konstant

Zustands- und Erhaltungsgröße Energie beschreibt einen Zustand eines Systems. Man sagt: Energie ist eine Zustandsgröße. In abgeschlossenen Systemen ist die (Gesamt)Energie konstant und damit eine Erhaltungsgröße: Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden. Dies ist ein fundamentales Naturgesetz (Energieerhaltungssatz)!

Erscheinungsformen von Energie Wärme Licht

Grundsatz der Natur Die Natur ist träge! Energie ist kein Stoff. In der Mechanik ist Energie die Fähigkeit eines mechanischen Systems, Arbeit zu verrichten (also irgendetwas zu tun bzw. „in Gang zu setzen“). Grundsatz der Natur: „Von nichts kommt nichts.“ Oder anders gesagt: Die Natur ist träge!

Zurück zum Mausefallenauto… In der gespannten Feder ist Spannenergie gespeichert. Je gespannter die Feder ist, umso größer ist die Spannenergie. Um die Feder (Mausefalle) zu spannen, müsst ihr mechanische Arbeit verrichten (Muskelkraft!). Die Feder würde sich nie von alleine spannen (“Die Natur ist träge.”).

Energieumwandlung Wenn die Feder entspannt, wird die in der Feder gespeicherte Spannenergie in Bewegungsenergie umgewandelt: Spannenergie Bewegungsenergie Irgendwann ist die gesamte Spannenergie in Bewegungsenergie umgewandelt…

Fragestellungen Wie weit wird euer Mausefallenauto kommen? Wie lässt sich die Antwort anhand physikalischer Gesichtspunkte abschätzen? Wie schnell kann euer Mausefallenauto maximal werden? Welche Energieumwandlungsprozesse finden statt? Ist es möglich, dass euer Mausefallenauto ein perpetuum mobile ist? Welche Grenzen gibt es?