Lernpfad Energie/Leistung: Zeit spielt manchmal eine Rolle

Lernpfad Energie

1. Armbrustschießen im Weltall
2. Das physikalische Konzept Energie
3. Ein sportliches Beispiel auf der Erde
4. Energieumwandlung und Wirkungsgrad
5. Leistung: Zeit spielt manchmal eine Rolle
6. Referate

Armbrust und alte Uhr

Wir betrachten zwei "Maschinen" ohne Motor.

Vorlage:Arbeiten

Unsere beiden Maschinen gehen also sehr unterschiedlich.

• Die Armbrust überträgt die Spannenergie in extrem kurzer Zeit auf den Bolzen, der sie als Bewegungsenergie mitnimmt.
• Die Uhr gibt die Lageenergie sehr sehr langsam über einen großen Zeitraum hinweg an das Uhrwerk weiter. Dort wird sie durch die Reibung der Zahnräder usw. in Wärmeenergie umgewandelt.

Die Zeit innerhalb derer Energieumwandlungen vor sich gehen, wir uns bislang noch nicht angeschaut. Das holen wir jetzt nach.

Leistung als physikalische Größe

Bei unserem Beispiel wirst Du vermutlich den Unterschied der Lageenergien durch den Zeitunterschied (in Sekunden) dividiert haben. Die Menge an umgewandelter Energie pro Zeit wird auch als Leistung (engl.: Power) bezweichnet. Entsprechend ist das Formelzeichen $P$.

Wenn "Joule" die Einheit für die Energie ist und "Sekunde" die in der Physik typische Einheit für die Zeit, so ergibt sich fast zwingend, dass die Einheit für die Leistung
$[P]=1 \frac{\text{Joule}}{\text{Sekunde}} = 1 \frac{\text{J}}{\text{s}}$
ist.
Diese Größe ist gerade in der Technik sehr wichtig, aber auch z.B. beim Leistungs-EKG, bei dem der Patient auf einer Art Heimtrainer in einer bestimmten Zeit eine bestimmte Energie in seinen Muskeln umwandeln muss. Deshlab hat diese Größe auch eine Abkürzung bekommen:
$1 \frac{\text{J}}{\text{s}}=1\text{Watt}=1\text{W}$