Wie groß ist die Geschwindigkeit eines Fahrrads, das 20 m einen Hügel herunterrollt, wenn seine potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt wird?

Question

Wie groß ist die Geschwindigkeit eines Fahrrads, das 20 m einen Hügel herunterrollt, wenn seine potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt wird?

Antwort

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Was gibt die Geschwindigkeit an?

Welche Geschwindigkeit hat eine Gewehrkugel nach senkrechtem Abschuss beim Auftreffen auf den Boden?

Wie berechnet man aus einem Bremsweg von 25 Metern die Geschwindigkeit in km/h?

Accepted Answer

Um die Geschwindigkeit des Fahrrads auf flacher Strecke zu berechnen, kannst du die Umwandlung von potentieller Energie in kinetische Energie verwenden. Die potentielle Energie (PE) wird durch die Formel \( PE = m \cdot g \cdot h \) beschrieben, wobei \( m \) die Masse des Fahrrads (und des Fahrers), \( g \) die Erdbeschleunigung (ca. \( 9,81 \, \text{m/s}^2 \)) und \( h \) die Höhe (in diesem Fall 20 m) ist. Die kinetische Energie (KE) wird durch die Formel \( KE = \frac{1}{2} m v^2 \) beschrieben, wobei \( v \) die Geschwindigkeit ist. Da die gesamte potentielle Energie in kinetische Energie umgewandelt wird, gilt: \[ m \cdot g \cdot h = \frac{1}{2} m v^2 \] Die Masse \( m \) kann auf beiden Seiten der Gleichung gekürzt werden (vorausgesetzt, sie ist nicht null): \[ g \cdot h = \frac{1}{2} v^2 \] Um \( v \) zu isolieren, multipliziere beide Seiten mit 2: \[ 2gh = v^2 \] Nun ziehe die Quadratwurzel: \[ v = \sqrt{2gh} \] Setze die Werte ein: \[ v = \sqrt{2 \cdot 9,81 \, \text{m/s}^2 \cdot 20 \, \text{m}} = \sqrt{392,4} \approx 19,8 \, \text{m/s} \] Die Geschwindigkeit des Fahrrads auf flacher Strecke beträgt also etwa \( 19,8 \, \text{m/s} \).

Accepted Answer

Das Gesetz der Thermodynamik gibt es nicht als einzelnes Gesetz, sondern es gibt mehrere Hauptgesetze der Thermodynamik, die die grundlegenden Prinzipien der Energieumwandlung und -übertragung in... [mehr]

Accepted Answer

Das Gesetz der Thermodynamik gibt es nicht als einzelnes Gesetz, sondern es gibt mehrere Hauptgesetze der Thermodynamik, die die grundlegenden Prinzipien der Energieumwandlung und -übertragung in physikalischen Systemen beschreiben: 1. **Nullter Hauptsatz der Thermodynamik:** Wenn zwei Systeme jeweils mit einem dritten System im thermischen Gleichgewicht stehen, dann stehen sie auch miteinander im thermischen Gleichgewicht. Das ermöglicht die Definition der Temperatur. 2. **Erster Hauptsatz der Thermodynamik (Energieerhaltung):** Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden. Die Änderung der inneren Energie eines Systems entspricht der zugeführten Wärme minus der geleisteten Arbeit. 3. **Zweiter Hauptsatz der Thermodynamik:** In einem abgeschlossenen System nimmt die Entropie (Maß für die Unordnung) niemals ab. Wärme fließt spontan nur von einem wärmeren zu einem kälteren Körper, nicht umgekehrt. 4. **Dritter Hauptsatz der Thermodynamik:** Der absolute Nullpunkt der Temperatur (0 Kelvin) kann nicht durch eine endliche Anzahl von Prozessen erreicht werden, und die Entropie eines perfekten Kristalls ist bei 0 Kelvin null. Diese Gesetze sind grundlegend für das Verständnis von Energie, Wärme und Arbeit in der Physik und Technik.

Accepted Answer

Wenn elektrischer Strom Arbeit verrichtet, wird elektrische Energie in eine andere Energieform umgewandelt. Das Ergebnis kann zum Beispiel Wärme (wie bei einem Heizgerät), Licht (wie bei ein... [mehr]

Accepted Answer

Wenn elektrischer Strom Arbeit verrichtet, wird elektrische Energie in eine andere Energieform umgewandelt. Das Ergebnis kann zum Beispiel Wärme (wie bei einem Heizgerät), Licht (wie bei einer Glühbirne), mechanische Bewegung (wie bei einem Elektromotor) oder chemische Energie (wie beim Laden einer Batterie) sein. Die genaue Energieform hängt vom jeweiligen Gerät oder Prozess ab, in dem der Strom genutzt wird.

Accepted Answer

Wenn elektrischer Strom durch Widerstände fließt, wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Das liegt daran, dass die Elektronen beim Durchqueren des Widerstandsmate... [mehr]

Accepted Answer

Wenn elektrischer Strom durch Widerstände fließt, wird ein Teil der elektrischen Energie in Wärme umgewandelt. Das liegt daran, dass die Elektronen beim Durchqueren des Widerstandsmaterials mit den Atomen kollidieren und dabei Energie abgeben. Dieser Effekt wird als Joulesche Erwärmung oder auch als ohmsche Wärme bezeichnet. Die Höhe der entstehenden Wärmeleistung lässt sich mit dem ohmschen Gesetz und der Formel \( P = I^2 \cdot R \) berechnen, wobei \( P \) die Leistung (Wärme), \( I \) der Strom und \( R \) der Widerstand ist. Neben der Wärmeentwicklung fällt über dem Widerstand eine Spannung ab, die proportional zum Strom und zum Widerstand ist (\( U = R \cdot I \)).

Accepted Answer

Lichtenergie ist die Energie, die im Licht steckt. Sie kommt zum Beispiel von der Sonne oder von Lampen. Pflanzen nutzen Lichtenergie, um zu wachsen. Auch Solaranlagen wandeln Lichtenergie in Strom um... [mehr]

Accepted Answer

Lichtenergie ist die Energie, die im Licht steckt. Sie kommt zum Beispiel von der Sonne oder von Lampen. Pflanzen nutzen Lichtenergie, um zu wachsen. Auch Solaranlagen wandeln Lichtenergie in Strom um. Licht besteht aus kleinen Teilchen, die Photonen heißen. Wenn Licht auf etwas trifft, kann es Wärme erzeugen oder Dinge sichtbar machen.

Accepted Answer

Die Durchschnittsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt im Mittel über eine bestimmte Zeitspanne bewegt hat. Sie berechnet sich aus dem zurückgelegten Weg geteilt durch die daf... [mehr]

Accepted Answer

Die Durchschnittsgeschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt im Mittel über eine bestimmte Zeitspanne bewegt hat. Sie berechnet sich aus dem zurückgelegten Weg geteilt durch die dafür benötigte Zeit: \[ \text{Durchschnittsgeschwindigkeit} = \frac{\text{zurückgelegter Weg}}{\text{benötigte Zeit}} \] Die Momentangeschwindigkeit hingegen beschreibt die Geschwindigkeit eines Objekts zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt. Sie entspricht der Geschwindigkeit, die das Objekt genau in diesem Moment hat. Mathematisch ist sie die Ableitung des Weges nach der Zeit, also die Steigung der Weg-Zeit-Kurve an einem bestimmten Punkt. Zusammengefasst: - **Durchschnittsgeschwindigkeit**: Über einen Zeitraum gemittelt. - **Momentangeschwindigkeit**: Zu einem bestimmten Zeitpunkt.

Accepted Answer

Ja, es gibt eine Formel für den Energieerhaltungssatz. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System konstant bleibt. Die allgemeine Formel lautet: **E... [mehr]

Accepted Answer

Ja, es gibt eine Formel für den Energieerhaltungssatz. Der Energieerhaltungssatz besagt, dass die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen System konstant bleibt. Die allgemeine Formel lautet: **E_gesamt = konstant** Das bedeutet, dass die Summe aller Energieformen (z. B. kinetische Energie, potenzielle Energie, innere Energie) in einem abgeschlossenen System immer gleich bleibt. Für mechanische Energie (ohne Energieverluste, z. B. durch Reibung) gilt zum Beispiel: **E_kin + E_pot = konstant** wobei - **E_kin** die kinetische Energie ist: \( E_{kin} = \frac{1}{2} m v^2 \) - **E_pot** die potenzielle Energie ist: \( E_{pot} = m g h \) In Worten: Die Summe aus kinetischer und potenzieller Energie bleibt in einem abgeschlossenen System ohne äußere Einflüsse immer gleich. Mehr Informationen findest du z. B. bei [Wikipedia – Energieerhaltungssatz](https://de.wikipedia.org/wiki/Energieerhaltungssatz).

Accepted Answer

Strom, genauer gesagt elektrischer Strom, ist die gerichtete Bewegung von elektrischen Ladungsträgern, meist Elektronen, durch einen Leiter wie zum Beispiel einen Draht. Diese Bewegung entsteht,... [mehr]

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Strom, genauer gesagt elektrischer Strom, ist die gerichtete Bewegung von elektrischen Ladungsträgern, meist Elektronen, durch einen Leiter wie zum Beispiel einen Draht. Diese Bewegung entsteht, wenn eine elektrische Spannung (also ein Unterschied im elektrischen Potenzial) zwischen zwei Punkten besteht und ein geschlossener Stromkreis vorliegt. Die Stärke des Stroms wird in Ampere (A) gemessen. Elektrischer Strom ist die Grundlage für viele technische Anwendungen, etwa das Betreiben von Lampen, Computern oder Haushaltsgeräten.

Accepted Answer

Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt in einer bestimmten Zeitspanne bewegt. Sie beschreibt also, welche Strecke in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird. Die gebräuchli... [mehr]

Accepted Answer

Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt in einer bestimmten Zeitspanne bewegt. Sie beschreibt also, welche Strecke in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird. Die gebräuchliche Einheit für Geschwindigkeit ist Meter pro Sekunde (m/s) oder Kilometer pro Stunde (km/h).

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Wenn eine Gewehrkugel senkrecht nach oben mit einer Anfangsgeschwindigkeit \( X \) abgeschossen wird und Luftwiderstand vernachlässigt wird, gilt das Energieerhaltungsgesetz: - Beim Aufstieg wir... [mehr]

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Wenn eine Gewehrkugel senkrecht nach oben mit einer Anfangsgeschwindigkeit \( X \) abgeschossen wird und Luftwiderstand vernachlässigt wird, gilt das Energieerhaltungsgesetz: - Beim Aufstieg wird die gesamte kinetische Energie in potenzielle Energie umgewandelt, bis die Geschwindigkeit oben null ist. - Beim Fall zurück zum Boden wird die potenzielle Energie wieder vollständig in kinetische Energie umgewandelt. Das bedeutet: **Die Kugel erreicht beim Zurückkommen am Boden (ohne Luftwiderstand) wieder genau die Geschwindigkeit \( X \), mit der sie abgeschossen wurde.** **Antwort:** Die Geschwindigkeit der Kugel beim Auftreffen auf den Boden ist (ohne Luftwiderstand) wieder \( X \), also genauso groß wie die Anfangsgeschwindigkeit – nur nach unten gerichtet. **Mit Luftwiderstand** wäre die Geschwindigkeit beim Auftreffen geringer als \( X \), da Energie durch Reibung verloren geht.

Accepted Answer

Um aus dem Bremsweg die Geschwindigkeit zu berechnen, nutzt man die Faustformel für den Bremsweg bei einer Vollbremsung auf trockener Fahrbahn: **Bremsweg (in Meter) = (Geschwindigkeit in km/h :... [mehr]

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Um aus dem Bremsweg die Geschwindigkeit zu berechnen, nutzt man die Faustformel für den Bremsweg bei einer Vollbremsung auf trockener Fahrbahn: **Bremsweg (in Meter) = (Geschwindigkeit in km/h : 10) × (Geschwindigkeit in km/h : 10)** Das heißt: \[ s = \left(\frac{v}{10}\right)^2 \] Gegeben: - Bremsweg \( s = 25 \) Meter Gesucht: - Geschwindigkeit \( v \) in km/h **Umstellen der Formel nach v:** 1. \( s = \left(\frac{v}{10}\right)^2 \) 2. \( \sqrt{s} = \frac{v}{10} \) 3. \( v = 10 \times \sqrt{s} \) **Einsetzen:** \( v = 10 \times \sqrt{25} = 10 \times 5 = 50 \) km/h **Antwort:** Bei einem Bremsweg von 25 Metern beträgt die Geschwindigkeit etwa **50 km/h** (unter Annahme einer Vollbremsung auf trockener Fahrbahn und ohne Reaktionsweg).