Potenzielle Energie berechnen

Die Einheit Joule ergibt sich aus den Einheiten des SI, nicht aus der Wahl von 9,81 für g. Masse in kg, Höhe in m und Beschleunigung g in m/s² ergeben Energie in Joule.

Was ist potenzielle Energie?

Ein Körper in einer erhöhten Lage kann beim Fallen Arbeit verrichten. Die Energie aufgrund seiner Lage im Schwerefeld beträgt E = m × g × h. Mit der Masse in Kilogramm, der Höhe in Metern und g in m/s² ergibt sich die Energie in Joule.

m × g ist die Gewichtskraft des Körpers in Newton. Die beim Anheben um die Höhe h verrichtete Arbeit wird als potenzielle Energie gespeichert.

Von wo wird die Höhe gemessen?

Sie wählen das Nullniveau, etwa Fußboden, Tischplatte oder Meeresspiegel. Für die Berechnung zählt der Unterschied zwischen zwei Höhen. Ein Körper, der von 10 Metern auf 4 Meter absinkt, verliert die Energie entsprechend 6 Metern Höhenunterschied.

Beispiel

Eine Person mit 75 kg gewinnt beim Aufstieg um 10 Meter die potenzielle Energie 75 × 9,80665 × 10 = 7355 J. Das entspricht etwa 7,4 kJ oder 0,002 kWh.

Umwandlung in kinetische Energie

Beim Fallen wird potenzielle in kinetische Energie umgewandelt. Ohne Reibung ergibt m × g × h = ½ × m × v² die Aufprallgeschwindigkeit v = √(2 × g × h). Das ist genau die Formel des freien Falls.

Grenzen

Die Formel gilt für Höhenbereiche mit konstanter Fallbeschleunigung. Für sehr große Höhen wie Satellitenbahnen ist das Gravitationsgesetz erforderlich.

Häufige Fragen

Wie berechnet man die potenzielle Energie aus Masse und Höhe?

Das Produkt aus Masse, Fallbeschleunigung und Höhe ergibt für 2 kg in 5 m Höhe bei der Normfallbeschleunigung von 9,80665 m/s² eine potenzielle Energie von 98,07 J. Die Höhe wird von einem gewählten Bezugsniveau gemessen. Die Beschleunigung wird entlang des Wegs als konstant angenommen. Große Bahnabstände sind von dieser Näherung ausgeschlossen.

Mit diesen Werten berechnen