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Meyers Konversationslexikon

Autorenkollektiv, Verlag des Bibliographischen Instituts, Leipzig und Wien, Vierte Auflage, 1885-1892

Schlagworte auf dieser Seite: Kraft

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Kraft (physikalisch).

bewegte Körper, sondern auch solche, welche sich in völliger Ruhe befinden, können Energie besitzen. Wird z. B. ein in die Höhe geworfener Stein, wenn er sich im höchsten Punkt seiner Bahn befindet, von dem Dach eines Hauses aufgefangen, so bleibt er daselbst liegen ohne Bewegung, jedoch nicht ohne das Vermögen, Arbeit zu leisten, und demnach nicht ohne Energie. Denn läßt man ihn von dort wieder zum Boden herabfallen, so erreicht er ihn mit der nämlichen Geschwindigkeit und sonach mit derselben lebendigen K., welche er beim Aufwärtswerfen besaß, und vermag daher jetzt eine Arbeit zu verrichten ebenso groß wie diejenige, welche zum Hinaufwerfen aufgewendet wurde. Die Energie, welche dem auf dem Dach liegenden Stein innewohnt und welche beim Herabfallen zum Vorschein kommt, verdankt derselbe seiner erhöhten Lage, d. h. dem Umstand, daß er vom Anziehungsmittelpunkt der Erde weiter entfernt ist, als da er noch am Boden lag. Man nennt diese im ruhenden Körper gleichsam aufgespeicherte Arbeitsfähigkeit deswegen Energie der Lage, ruhende oder potentielle Energie und bezeichnet im Gegensatz hierzu die lebendige K. oder Wucht eines bewegten Körpers als Energie der Bewegung, thätige, aktuelle oder kinetische Energie. Die zum Spannen einer Armbrust verbrauchte Arbeit findet sich als potentielle Energie in der gespannten Sehne und verwandelt sich beim Abdrücken in die aktuelle Energie des fortgeschleuderten Pfeils. Die Arbeit, welche unsre Hand beim Aufziehen einer Uhr leistet, geht als potentielle Energie in die gespannte Feder oder das emporgehobene Gewicht über und verweilt in diesem Ruhezustand, solange das Uhrwerk gehemmt ist; wird es ausgelöst, so setzt sich diese potentielle Energie allmählich in die Bewegungsenergie der sich drehenden Räder um. Aus den letztern Beispielen erhellt zugleich, warum die potentielle Energie zuweilen auch Spannungsenergie genannt wird. Wird ein Stein vertikal aufwärts geworfen, so vermindert sich seine Geschwindigkeit unter dem Einfluß der entgegenwirkenden Schwere; was er aber beim Emporsteigen an Bewegungsenergie verliert, gewinnt er an Energie der Lage, bis sich im höchsten Punkt seines Flugs, wo seine Geschwindigkeit erschöpft ist, seine ganze anfänglich vorhandene Bewegungsenergie in Energie der Lage verwandelt hat. Fällt er nun wieder herab, so beginnt er seinen Lauf nach unten mit diesem Betrag von potentieller Energie, und während er immer tiefer fällt, wird seine potentielle Energie geringer und seine Bewegungsenergie größer, und zwar so, daß die Summe beider immer die nämliche bleibt. In dem Augenblick endlich, in welchem er den Boden erreicht, hat sich seine Energie der Lage wieder völlig in Bewegungsenergie verwandelt, welche ebenso groß ist wie diejenige, mit welcher er anfänglich emporstieg. Die Gesamtenergie des geworfenen Steins bleibt also während seiner ganzen Bewegung unverändert, indem sich nur die eine Art Energie in die andre ohne Verlust und ohne Gewinn allmählich verwandelt.

Was wird nun aber aus der Energie des Steins, wenn er den Boden trifft und hier plötzlich zur Ruhe kommt? Die Energie seiner sichtbaren Bewegung wird im Moment des Stoßes allerdings vernichtet; wir wissen aber, daß, so oft Bewegungsenergie durch Stoß oder durch Reibung scheinbar zerstört wird, eine Erwärmung der beteiligten Körper eintritt; eine Kanonenkugel z. B., gegen eine eiserne Panzerplatte geschossen, erhitzt sich bis zum Rotglühen, und wird ein Eisenbahnzug durch Bremsen zum Stehen gebracht, so erwärmen sich Räder und Bremsen. Nun haben Joule und Hirn durch genaue Versuche dargethan, daß durch je 424 Arbeitseinheiten (Meterkilogramme), welche beim Stoß oder bei der Reibung scheinbar verschwinden, eine Wärmemenge erzeugt wird, welche im stande ist, 1 kg Wasser um 1° C. zu erwärmen, und daß diese Wärmemenge (die Wärmeeinheit), wenn sie, z. B. in einer Dampfmaschine, verbraucht wird, wiederum eine Arbeit von 424 Meterkilogrammen leistet. Man nennt daher diese Zahl von 424 Meterkilogrammen das mechanische Äquivalent der Wärme. Diese Thatsache der Äquivalenz von Arbeit und Wärme wird sofort verständlich, wenn wir im Sinn der mechanischen Wärmetheorie (s. Wärme) annehmen, daß die Wärme eine Art Bewegung sei und zwar eine schwingende Bewegung der kleinsten Teilchen (Moleküle) der Körper, welche wegen der Kleinheit dieser Teilchen unserm Auge nicht sichtbar ist, dagegen auf unsern Gefühlssinn denjenigen Eindruck hervorbringt, welchen wir Wärme nennen. Wenn daher die Energie der sichtbaren Bewegung eines Körpers durch Stoß oder Reibung scheinbar zerstört wird, so verschwindet sie in der That nicht, sondern sie verwandelt sich bloß, ohne Verlust und ohne Gewinn, in die Energie der unsichtbaren Wärmebewegung. Energie kann niemals vernichtet, und ebensowenig kann Energie aus nichts erschaffen werden; alle Vorgänge in der Natur beruhen bloß auf der Verwandlung der Energie einer Bewegungsart in die Energie einer andern Bewegungsart oder auf der Verwandlung von Bewegungsenergie in Energie der Lage und umgekehrt; die gesamte im Weltall vorhandene Energiemenge ist eine unveränderliche Größe. Dieses durch alle Erfahrungen bestätigte Grundgesetz der gesamten Naturlehre wird das Prinzip der Erhaltung der Energie oder auch, allerdings weniger angemessen, das Prinzip der Erhaltung der K. genannt. Indem dieses Gesetz die Umwandlung sämtlicher Energien der Natur (Schall, Wärme, Licht, Elektrizität, chemische Trennung und Verbindung, mechanische Energie) ineinander beherrscht, so daß sich dieselben nur als verschiedene Erscheinungsformen einer und derselben Wesenheit darstellen, führt es zu der Erkenntnis ihres innern Zusammenhangs und berechtigt uns, in diesem Sinn von der Einheit der Naturkräfte zu sprechen. Zur Erläuterung dieser Begriffe mögen noch folgende Beispiele von Energieumwandlungen angeführt werden. Durch Drehen einer magnetelektrischen Maschine (s. d.) wird ein elektrischer Strom erzeugt, dessen Energie der aufgewendeten mechanischen Arbeit äquivalent ist. In einem metallischen Schließungskreis bringt dieser Strom eine entsprechende Wärmemenge hervor; ist aber eine mit angesäuertem Wasser gefüllte Zersetzungszelle eingeschaltet, so entsteht eine geringere Wärmemenge, dafür wird aber chemische Arbeit geleistet, indem ein Teil des Wassers in seine Bestandteile, Sauerstoff und Wasserstoff, zerlegt wird; diese Arbeit befindet sich als potentielle Energie in den beiden Bestandteilen und kommt als Wärme zum Vorschein, wenn sie sich wieder miteinander zu Wasser vereinigen, d. h. wenn der Wasserstoff verbrennt; die Verbrennungswärme des entwickelten Wasserstoffs ist nämlich der im Schließungskreis vermißten Wärmemenge genau gleich. Leitet man den elektrischen Strom durch die Drahtwindungen einer elektromagnetischen Kraftmaschine (s. d.), so leistet er mechanische Arbeit, wofür im Schließungskreis eine äquivalente Wärmemenge verschwindet. Endlich seien noch erwähnt die Umwandlungen der Energie, welche die Sonne durch