Definition

m·g·h: wenn ein Objekt oben nach unten fällt, dann wandelt sich seine anfängliche Höhenenergie immer mehr in andere Energieformen um. Daraus ergeben sich verschiedene Bedeutungen für das Wort Fallenergie. Das ist hier am Beispiel von Fallschirmspringern und Betonakkus kurz erklärt.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — m·g·h: Fallschirmspringer wandeln während des Fallens ihre anfängliche Höhenenergie mehr und mehr in Bewegungsenergie und auch Wärmeneergie (Luftreibung) um. © Julianne Schowalter ☛

Fallenergie als gesamte Anfangsenergie

Springt ein Fallschirmspringer mit einer Gesamtmasse m von 100 kg aus einer Höhe h von 2000 Metern aus einem Flugzeug ab, dann kann man seine anfängliche Höhenergie, auch potentielle Energie genannt berechnen: m·g·h, mit Zahlen: 100 kg mal 9,81 m/s² mal 2000 m. Das ergibt rund 1962 Tausend Joule oder rund 2 Megajoule. Diese Energie wird beim Fallen nach unten langsam abgebaut und umgesetz in a) Bewegungsenergie des Fallschirmspringers und b) Reibungswärme. Die gesamte so umgewandelte Energie kann man als Fallenergie bezeichnen. Sie entspricht vom Zahlenwert her genau der anfänglichen Höhenenergie. Wie man sie berechnen ist näher erklärt unter Höhenenergie berechnen ↗

Fallenergie als reine Bewegungsenergie

Eine zweite Deutung des Wortes Fallenergie beschränkt sich ganz auf die in der Fallbewegung enthaltene Energie, also die reine Bewegungs- oder kinetische Energie. Hier unterscheidet man zwei Fälle: a) einen freien Fall bei dem es keine bremsenden oder anderen Kräfte gibt außer der Schwerkraft und b) einen Fall mit Luftwiderstand. Im ersten Fall wird der fallende Gegenstand immer schneller, bis hin zum letztendlichen Aufprall (Impakt), bei zweiten Fall erreicht der Gegenstand irgendwann eine maximale Fallgeschwindigkeit, bei Fallschirmspringern rund 200 km/h. In beiden Fällen wäre die Fallenergie dann die Bewegungsenergie. Die Formel zur Berechnung der Bewegungsenergie ist ½·m·v² mit m als der Masse in Kilogramm und v der Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde. Wie man daraus die Fallenergie bestimmt ist erklärt unter Geschwindigkeit aus Fallhöhe ↗

Fallenergie als Energiespeicher

Eine besonders interessante Anwendung von Höhenergie in Verbindung mit Fallenergie sind eine Art Beton-Akku: ein Kran baut um sich herum schwere Betonblöcke in bis zu 120 Meter Höhe, die er später wieder kontrolliert ablassen kann. Beim Herablassen treiben die langsam zu Boden sinkenden Blöcke Generatoren an. Die maximale Leistung liegt immerhin bei beachtlichen 4 Megawatt. Siehe mehr dazu unter Beton-Akku ↗

Fallenergie in der Frühzeit der Erde

Als die Erde noch sehr jung war, bestand sie auch an ihrer Oberfläche ganz aus glutflüssigen Gestein. Die nötige Energie, um die Erde ständig aufgeschmolzen zu halten, wurde dabei immer wieder von aufprallenden Meteoriten geliefert. Ihre Bewegungsenergie, auch kinetische Energie genannt, wurde dabei in Wärme umgewandelt. Zur urzeitlichen Erde siehe auch den Artikel zum Hadaikum ↗

Quaestiones

1) Schlägt ein Körper auf einen anderen ein, so bleibt meist oder immer ein Teil der ursprünglichen kinetischen Bewegungsenergie als Wärmenergie zurück. Kann man die damit einhergehende Erhöhung der Temperatur mit einer Infrarotkamera sichtbar machen? Hinterlässt ein Sack Sand, der zum Beispiel aus 8 Metern Höhe (typische Fußgängerbrücke) auf den Boden fällt, dort einen im Infraroten Wärmebild sichtbaren "Wärmefleck"? Siehe auch Infrarot ↗