Was ist Rotationsenergie?
Rotationsenergie ist die Komponente der kinetischen Energie, die aus der Rotation eines Körpers stammt. Es entsteht, wenn sich irgendeine Form von Materie um ein Rotationszentrum dreht. Es kann in andere Energieformen umgewandelt werden, am typischsten in Translations- und Wärmeenergie. Es gibt viele Analogien zwischen kinetischer Rotationsenergie und linearer kinetischer Energie. Es gibt einige praktische Anwendungen für Rotationsenergie, beispielsweise die Speicherung von Energie in einem sich drehenden Schwungrad.
Das Energieerhaltungsgesetz besagt, dass die Gesamtenergiemenge in einem isolierten System über die Zeit konstant bleiben muss. Energieverluste eines Typs müssen zu Energiegewinnen eines anderen Typs führen. Der Energietransfer zwischen den Typen erfolgt häufig durch den Impulsaustausch zwischen den atomaren Materieteilchen. Beispiele für verschiedene Energieformen sind neben Rotation auch chemische, potentielle und thermische Energie. Rotationsenergie ist daher eine von vielen Möglichkeiten, wie Materie Energie halten kann.
Es gibt viele Analogien zwischen Rotationsenergie und linearer kinetischer Energie. Rotationssysteme haben statt Masse ein Trägheitsmoment. Das Trägheitsmoment kann als Widerstand gegen Winkelbeschleunigung betrachtet werden - es ähnelt dem Widerstand der Masse gegen lineare Beschleunigung. Trägheitsmomente nehmen zu, wenn die Materie weiter vom Rotationszentrum entfernt ist. Dies liegt daran, dass es schwieriger ist, ein System zum Spinnen zu bringen, wenn sich seine Materie weit vom Zentrum entfernt befindet.
In ähnlicher Weise haben Rotationssysteme eine Winkelgeschwindigkeit anstelle einer linearen Geschwindigkeit. Die Winkelgeschwindigkeit wird im Bogenmaß pro Sekunde gemessen, was ungefähr 57,3 Grad pro Sekunde entspricht. Sowohl ein hohes Trägheitsmoment als auch eine hohe Winkelgeschwindigkeit entsprechen einer hohen Rotationsenergie. Nach dem Gesetz der Energieerhaltung kann die gleiche Menge an Rotationsenergie erhalten werden, indem das Trägheitsmoment eines Systems verringert wird, während die Winkelgeschwindigkeit erhöht wird.
Eine praktische Anwendung von Rotationsenergie ist die Verwendung von Schwungradbatterien. So wie eine Standardbatterie elektrische Energie speichert, speichert eine Schwungradbatterie Rotationsenergie. In einem Zug mit einer Schwungradbatterie kann die lineare kinetische Energie des fahrenden Zuges auf die Rotationsenergie des Bordschwungrades übertragen werden. Der Effekt dieser Übertragung ist eine Verringerung der Geschwindigkeit des Zuges. Wenn bei der Erwärmung keine Energie verloren geht, kann die gesamte Energie der Zugbewegung im Schwungrad gespeichert und später verwendet werden, um den Zug wieder auf Geschwindigkeit zu beschleunigen.