Kinetische Energie ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Bewegung besitzt. Ist die Arbeit zur Überwindung der Reibung vernachlässigbar, entspricht die kinetische Energie der mechanischen Beschleunigungsarbeit, die geleistet wurde, um den Körper in seinen momentanen Bewegungszustand zu bringen. Umgekehrt kann die kinetische Energie auch wieder in mechanische Arbeit zurückverwandelt oder in andere Energieformen wie potenzielle Energie oder Wärmeenergie überführt werden.
Kinetische Energie im Fluss von Arbeit und Energie
Rollt beispielsweise eine Kugel mit einer bestimmten Anfangsgeschwindigkeit eine schiefe Ebene hinauf, verliert sie an Geschwindigkeit. Ihre kinetische Energie wird in potentielle Energie umgewandelt. Ähnliches gilt auch für die Bewegung eines Pendels, bei der sich kinetische und potenzielle Energie kontinuierlich ineinander umwandeln.
Stößt ein bewegter Körper mit einem anderen zusammen, kann er dessen (und seinen eigenen) Bewegungszustand ändern oder den anderen Körper (und sich selbst) verformen. Seine kinetische Energie wird dann in Beschleunigungsarbeit oder Arbeit zur Überwindung des Widerstands gegen die Verformung umgewandelt. Bei einem Autoanfall passiert im Allgemeinen beides.
In Alltagssituationen kann in der Regel die Reibung mit der Unterlage beziehungsweise dem Medium, durch das sich der Körper bewegt, nicht vernachlässigt werden. Ein Körper, der sich mit einer Anfangsgeschwindigkeit auf einer geraden Unterlage bewegt, kommt nach einiger Zeit zum Stillstand. Seine kinetische Energie wurde in Arbeit zur Überwindung des Reibungswiderstandes und letztlich in Wärmeenergie umgewandelt.
Berechnung der kinetischen Energie
Die kinetische Energie wird meist mit dem Symbol E_kin oder auch T bezeichnet. Ihre Einheit ist Joule, abgekürzt J. Die kinetische Energie ist proportional zur Masse des bewegten Körpers und zum Quadrat seiner Geschwindigkeit. Für einen Massepunkt wird sie mit der Formel E_kin = M/2 v^2 berechnet, wobei M die Masse des Körpers und v seine Momentangeschwindigkeit ist.
Für die Umrechnung zwischen kinetischer und potenzieller Energie bei Bewegung im Schwerefeld der Erde ist die Formel für die potenzielle Energie E_pot nützlich: E_pot = M g h. Hier ist g die Erdbeschleunigung an der Erdoberfläche und h die Höhe des Körpers über derselben.
Kinetische Energie eines starren Körpers
Die eben genannte Formel gilt für einen als ausdehnungsloser Massepunkt idealisierten Körper. Für einen starren Körper mit einer bestimmten Ausdehnung gilt die Formel, wenn der Körper keine Eigenrotation ausführt und für v die Geschwindigkeit seines Massenschwerpunkts eingesetzt wird. Das kann beispielsweise im Fall der Bewegung auf einer gekrümmten Bahn wichtig sein, bei der nicht alle Punkte des Körpers die gleiche Geschwindigkeit haben.
Dreht sich der Körper zusätzlich noch um sich selbst, wie das etwa bei vielen Himmelskörpern der Fall ist, gehört zu seiner kinetischen Energie auch die Energie der Rotationsbewegung. In der Formel für die kinetische Energie der Rotation tritt die Winkelgeschwindigkeit an die Stelle von v, und M wird ersetzt durch das Trägheitsmoment, eine Größe, die die Verteilung der Masse des Körpers um die Achse seiner Rotation beschreibt.
