Verformung und Wärmeenergie

Untertitel: Kein perfekter Flummi

Wenn man elastische Gegenstände verformt, muss man Verformungsarbeit aufwenden und kann auf diese Weise Energie speichern. So funktionieren der Aufzug einer mechanischen Armbanduhr, Bogen und Armbrust (folgende Abb.) oder Katapulte.

Riesenarmbrust in einer Darstellung von Leonardo da Vinci.

Auch im Sport treten zum Beispiel bei allen Bällen reversible Verformungen auf. Ein Tennisball wird beim Schlag etwa auf die Hälfte seines Durchmessers zusammengequetscht (Abb. Tennisschläger). Wenn er sich ausdehnt, dann wird diese gespeicherte Verformungsenergie wieder frei.

Verformung eines Tennisballes auf der Schlägerfläche.

Auch im menschlichen Körper spielt die Verformungsenergie eine Rolle. Dass in den Sehnen Energie zwischengespeichert werden kann, wurde schon erwähnt. Weiters werden die großen Arterien in der Nähe des Herzens während des Herzschlages gedehnt (Abb. 9.16 a). Diese Spannungsenergie wird in der Schlagpause wieder in kinetische Energie des Blutes umgewandelt (b). Dadurch kommt es zu einem viel gleichmäßigeren Blutstrom.

Elastische Zwischenspeicherung der kinetischen Energie des Blutes in den herznahen Arterien.

Auch im Auge wird Energie gespeichert und zwar in der Linse. Wenn du weiter entfernte Gegenstände betrachtest, wird die Linse durch einen Ringmuskel gedehnt (folgende Abb. a). Wenn du aber ein nahes Objekt betrachtest, dann zieht sich die Linse auf Grund ihrer Eigenelastizität wieder zusammen (b). Je elastischer sie ist, desto näher kann man noch scharf sehen (F8). Mit zunehmendem Alter verliert die Linse an Elastizität und kann sich nicht mehr so stark zusammenziehen. Dadurch entsteht die Altersweitsichtigkeit ©.

Dehnung der Linse (a) beim Sehen in die Ferne und Freisetzung der Dehnungsenergie (b) beim Nahsehen!

Wo ist die kinetische Energie hin verschwunden, wenn der Tonklumpen an der Wand klebt (F9)? Sie wurde in Wärme umgewandelt. Wärme ist nichts anderes als ungeordnete Bewegung der Moleküle. Wenn der Klumpen auf die Mauer zufliegt (folgende Abb.a), dann ist diese nicht so groß, aber alle Moleküle bewegen sich zusätzlich in dieselbe Richtung. Wenn der Klumpen aufgeprallt ist, dann haben die Moleküle keine gemeinsame Richtung mehr, schwingen allerdings viel stärker um ihre Mittellage (b). Wärme ist also durcheinander gebrachte kinetische Energie. Und so bleibt auch hier die Energie schön brav erhalten.

Ton oder Plastilin an die Wand

Obwohl Wärme letztlich auch kinetische Energie ist, geht ihre Berücksichtigung über den Rahmen der eigentlichen Mechanik hinaus (siehe Wärmelehre). Die Trennung von Mechanik und Wärmelehre hat hauptsächlich praktische Gründe: Ein großes Objekt hat einfach zu viele Moleküle, um diese mechanisch beschreiben zu können. Man kann sie nur statistisch beschreiben.

Es gibt keinen perfekten Flummi. Bei jedem Aufprall entsteht Wärme, und die kinetische Energie verringert sich dadurch.

Wärme ist eine Art Energiefriedhof. Früher oder später landet hier fast die gesamte Energie. Das liegt unter anderem daran, dass es keine 100%ige Elastizität gibt. Ein bisschen kinetische Energie wird bei jeder Verformung in Wärme umgewandelt. Und auch bei chemischen Prozessen wird Wärme frei.