Kinetische Energie berechnen – dazu Lageenergie, Arbeit und Leistung

Kinetische Energie berechnen – kurz: E = ½ · m · v². Ein Auto mit 1000 kg hat bei 50 km/h (13,9 m/s) rund 96 kJ Bewegungsenergie – so viel, als fiele es aus 9,8 m Höhe. Weil v im Quadrat steht, vervierfacht doppelte Geschwindigkeit die Energie.

Beispiel: Was möchten Sie berechnen: Kinetische Energie (Masse, Geschwindigkeit) · Masse m 1.000 kg · Geschwindigkeit v 50 · Einheit: km/h → Ergebnis: E_kin = 96.450 J (96,45 kJ). Quelle: OpenStax, OpenStax University Physics Vol. 1, 7.2 Kinetic Energy and 8.1 Potential Energy of a System. Stand: .

kg
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Ergebnis

Ergebnis
E_kin = 96.450 J (96,45 kJ)
Zum Vergleich
Dieselbe Energie hätte ein Körper nach einem freien Fall aus 9,835 m Höhe.
In anderen Einheiten
EinheitWert
Joule96.450 J
Kilojoule96,45 kJ
Wattstunden26,79 Wh
Kilokalorien23,05 kcal
Rechenweg
  • Geschwindigkeit in m/s: 50 km/h / 3,6 = 13,89 m/s
  • E_kin = ½ · m · v² = ½ · 1.000 kg · (13,89 m/s)² = 96.450 J

So wird gerechnet

Formel: kinetische Energie

Die kinetische Energie (Bewegungsenergie) eines Körpers mit Masse m und Geschwindigkeit v ist

E_kin = ½ · m · v²  ·  umgestellt: v = √(2 · E / m)

Einheiten: Masse in kg, Geschwindigkeit in m/s, Energie in Joule (1 J = 1 kg·m²/s²). km/h teilen Sie vorher durch 3,6.

Beispiel mit Rechenweg

  1. Auto: m = 1000 kg, v = 50 km/h = 13,89 m/s
  2. E = ½ · 1000 kg · (13,89 m/s)² = 96 451 J ≈ 96,5 kJ
  3. Bei 100 km/h: 385,8 kJ – viermal so viel. Deshalb wächst der Bremsweg mit dem Quadrat der Geschwindigkeit.

Die anderen Grundformeln

GrößeFormelEinheit
Lageenergie (potentielle Energie)E_pot = m · g · hJ
ArbeitW = F · s · cos αJ = N·m
LeistungP = W / tW = J/s
Kraft (2. Newtonsches Gesetz)F = m · aN = kg·m/s²

g ist die Normfallbeschleunigung 9,806 65 m/s² (NIST/CODATA). Bei der Arbeit zählt nur der Kraftanteil in Wegrichtung: Unter 60° ist es die Hälfte, senkrecht zum Weg (90°) wird keine Arbeit verrichtet.

Energieerhaltung

Ohne Reibung wandelt sich Lageenergie vollständig in kinetische Energie um: m · g · h = ½ · m · v². Daraus folgt v = √(2 · g · h) – die Masse kürzt sich heraus. Der Rechner zeigt deshalb zu jeder Bewegungsenergie die gleichwertige Fallhöhe. Umrechnungen: 1 Wh = 3600 J, 1 kcal = 4184 J (NIST SP 811).

Weiter rechnen: Fallzeit und Wurfweite liefert der Rechner für den freien Fall, Leistungseinheiten wie PS und kW rechnet der PS-in-kW-Rechner um.

Häufige Fragen

Wie berechnet man die kinetische Energie?

E = ½ · m · v², Masse in kg, Geschwindigkeit in m/s. Beispiel: 80 kg bei 5 m/s = ½ · 80 · 25 = 1000 J.

Wie berechne ich die Geschwindigkeit aus der kinetischen Energie?

Nach v umstellen: v = √(2 · E / m). 1000 J bei 80 kg ergeben √(2000 / 80) = 5 m/s.

Wie berechnet man die kinetische Energie beim freien Fall?

Kurz vor dem Aufprall ist die ganze Lageenergie in Bewegungsenergie umgewandelt: E_kin = m · g · h. 2 kg aus 10 m haben 2 · 9,81 · 10 ≈ 196 J.

Wie berechnet man Arbeit in der Physik?

Arbeit = Kraft mal Weg in Kraftrichtung: W = F · s · cos α. Wer eine Kiste mit 100 N 10 m weit schiebt, verrichtet 1000 J.

Wie hängen Arbeit und Leistung zusammen?

Leistung ist Arbeit pro Zeit: P = W / t. 1000 J in 10 s sind 100 W; dieselbe Arbeit in 2 s wären 500 W.

Warum steigt die Energie mit dem Quadrat der Geschwindigkeit?

Um schneller zu werden, muss die Kraft über einen immer längeren Weg wirken. Rechnerisch steht v in der Formel im Quadrat: doppelte Geschwindigkeit, vierfache Energie.

Quellen und Rechtsgrundlagen

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