Astronomie und Physik:
Energie-Erzeugung,
Denkfehler oder Esoterik?

Perpetuum mobile

von Erwin Purucker

Energie kann man nicht herstellen, man kann sie nur umwandeln.
Das haben wir alle doch in der Schule gelernt.
Wie war das doch mit dem Energie-Erhaltungsgesetz?
Deshalb kann es doch kein Perpetuum mobile geben, oder?
An Stammtischen hört man oft eine physikalisch eigentlich ganz einfache Frage:

Fall 1:
Ein Auto fährt mit 50 Kilometern pro Stunde gegen eine harte Betonwand.

Fall 2:
Zwei Autos stoßen mit je 50 Kilometern pro Stunde zusammen.

Frage:
Sind im zweiten Fall die Beschädigungen eines Autos kleiner, gleich oder größer?

Antwort von Hinz:
»Sie sind im Prinzip gleich!«

Begründung:
Braucht eines der Fahrzeuge, sagen wir mal, ein Schnapsglas voll Benzin, um auf 50 km/h zu kommen, wird es im 1. Fall mit der kinetischen Energie (Bewegungsenergie) dieser Menge Benzin deformiert, da die Betonwand in dem Experiment sehr hart ist und keine Energie aufnimmt. Auch andere kleine Energieverluste und die Beschleunigung der Erde durch den Zusammenstoß wollen wir außer acht lassen, da sie sehr gering sind und wir ja die physikalische Theorie betrachten möchten. Die Betonwand ist also absolut hart und unnachgiebig.

Im zweiten Fall braucht jedes Fahrzeug ein Glas voll, also insgesamt 2 Gläser. Diese Energie verteilt sich aber beim Zusammenstoß auf die zwei Autos, so dass die Deformationeenergie pro Auto wieder die gleiche ist, nämlich ein Glas voll.

Nach einer Weile meldet sich Kunz, der vielleicht im Physikunterricht in der Schule etwas besser aufgepasst hat, mit dem Einwand:
»Moment mal, im zweiten Fall stoßen die ja mit einer Differenzgeschwindigkeit von 100 km/h zusammen und
doppelte Geschwindigkeit heißt nicht doppelte Energie, sondern vierfache!
Damit haben wir insgesamt vier Schnapsgläser Energie, auf zwei Autos verteilt
wird jedes mit der Energie von zwei Gläsern Benzin deformiert.«
Auch logisch, oder? Irgendwie stimmt das auch!

Wir haben nur durch Nachdenken zwei Schnapsgläser voll Benzin gewonnen, oder "hergestellt"!


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Betrachten wir das Ganze mal etwas physikalisch-mathematischer:

Wir nehmen zwei gleiche Kugeln, die plastisch verformbar sind und bei einem Zusammenstoß die Energie durch Verformung absorbieren (Knetmasse oder so was). Wir beschleunigen beide in entgegengesetzter Richtung in einem neutralen Vakuum, also z.B. im Weltraum, und lassen sie frontal kollidieren. Um die kinetische Energie zu berechnen, verwenden wir die "weithin bekannte Formel":

E = ½ ⋅ m ⋅ v 2

E = Energie in Joule
m = Masse in Kilogramm (kg)
v = Geschwindigkeit in Metern pro Sekunde ( m/s )

Für die ganz Genauen:
Verluste, Wirkungsgrad, Inhomogenitäten und sonstige praktisch auftretende Eventualitäten wie das mögliche Zerplatzen der Kugeln lassen wir außer Acht, da wir ja das Prinzip betrachten möchten. Da wir die plastischen Kugeln auf einer Geraden frontal kollidieren lassen, können wir auch vektorielle Faktoren weglassen. Das Ganze funktioniert also genauso in Newtonmetern, Wattsekunden oder Kilowattstunden.

Nehmen wir der Einfachheit halber zwei Kugeln mit je 2 kg Masse und 3 Meter pro Sekunde Geschwindigkeit
und berechnen mal die kinetische Energie einer Kugel:

E = ½ ⋅ 2 ⋅ 3 2
E = 9 Joule (pro Kugel)

3 hoch 2 gibt 9, mal 2 gibt 18, mal ½ gibt 9. Jede Kugel besitzt also 9 Joule kinetische Energie. Bei zwei Kugeln stehen für die Deformation bei der Kollision insgesamt 18 Joule zur Verfügung, also wiederum 9 Joule pro Kugel, richtig? Fliegt eine Kugel gegen eine harte, feststehende Betonwand, ist es für sie das Gleiche, da die Wand keine Energie aufnimmt, bekommt sie ihre 9 Joule Energie ab und wird damit deformiert. Also erste Behauptung bestätigt!

Nun, da Geschwindigkeit ja bekanntlich relativ ist, stellen wir uns vor, wir säßen als "Beobachter" auf einer der Kugeln. Dann kommt die andere Kugel mit einer Geschwindigkeit von 6 m/s auf uns zu und kollidiert mit uns. Das setzen wir jetzt mal in die Formel ein, die wir jetzt ja nur einmal zu berechnen brauchen. Ich als Beobachter bin ja bei der einen Kugel und sie hat relativ zu mir keine Geschwindigkeit, deshalb auch keine kinetische Energie. Statt zwei mal 3 km/s zu berechnen, nehmen wir nur einmal 6 km/s, das ist meine Beobachtung von "meiner" Kugel aus:

E = ½ ⋅ 2 ⋅ 6 2
E = 36 Joule (für beide Kugeln)

Bei der Kollision werden beide Kugeln gleich stark deformiert, deshalb verteilen wir diesen Gesamtbetrag wieder als Kollisions-Deformations-Energie auf die zwei Kugeln. Es ergeben sich 18 Joule pro Kugel.
Also zweite Behauptung ebenfalls bestätigt!

Da wir für die Beschleunigung der Kugeln nur je 9 Joule aufgewendet haben, haben wir insgesamt 18 Joule Energie gewonnen, erzeugt, oder was?

Auf die Autos übertragen, haben wir aus zwei Schnapsgläsern voll Benzin vier gemacht!

Ich habe das Geheimnis der Energie-Erzeugung gelöst und nenne es das relativistische Perpetuum mobile! Oder wäre die Bezeichnung Perpetuum mobile der vierten Art besser? Erster, zweiter und dritter Art sind ja schon belegt. Vielleicht kann ich auch einen neuartigen Denkwurm zum Leben erwecken: Maxwellscher Dämon und Laplacescher Dämon sind ja schon belegt, da müsste es dann Erwin's Dämon sein.


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