Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Spannenergie

Einleitung

Eine gespannte oder zusammengedrückte Feder kann etwas bewegen. In ihr steckt Spannenergie. Sie gehört zur potenziellen Energie.

Datei:Animated-mass-spring.gif

Animation: Beim Schwingen wird Spannenergie immer wieder in Bewegungsenergie umgewandelt.

Das Wichtigste

Wann entsteht Spannenergie?

Spannenergie entsteht, wenn ein elastischer Körper verformt wird. Beispiele sind eine Feder, ein Bogen, ein Gummiband oder ein Trampolin. Lässt Du den Körper los, kann die gespeicherte Energie in Bewegungsenergie, Lageenergie oder Wärmeenergie umgewandelt werden.

Datei:Hookes-law-springs.png

Je stärker dieselbe Feder gedehnt wird, desto mehr Spannenergie kann sie speichern.

Formel

Für eine ideale Feder gilt:

$E_{Spann} = \frac{1}{2} \cdot D \cdot s^{2}$

$E_{Spann}$ : Spannenergie in Joule (J)
$D$ : Härte der Feder in Newton pro Meter (N/m)
$s$ : Dehnung oder Stauchung in Meter (m)

Wichtig: Setze die Auslenkung immer in Meter ein.

Datei:Spring-elongation-and-forces.svg

Die Kraft wächst mit der Auslenkung. Das beschreibt das Hookesche Gesetz.

Einfaches Beispiel

Eine Feder hat $D = 200 N / m$ . Sie wird um $10 c m = 0,10 m$ gedehnt.

$E_{Spann} = \frac{1}{2} \cdot 200 N / m \cdot (0,10 m)^{2} = 1 J$

Die Feder speichert 1 Joule Spannenergie.

Was verändert die Spannenergie?

Federkonstante: Eine härtere Feder speichert bei gleicher Auslenkung mehr Energie.
Auslenkung: Eine größere Auslenkung erhöht die Energie besonders stark.
Quadratische Funktion: Wird die Auslenkung verdoppelt, wird die Spannenergie vervierfacht.

Datei:Energy SHM.svg

Beim Federschwingen wandeln sich Spannenergie und Bewegungsenergie ineinander um.

Datei:Simple harmonic oscillator.gif

Animation: Das Gewicht bewegt sich zwischen zwei Umkehrpunkten.

Sicherheit

Spanne Federn, Bögen oder Gummibänder nur vorsichtig. Richte sie nie auf Menschen oder Tiere. Beschädigte elastische Körper können reißen.

Lernbereiche

Mechanik: Energie in elastisch verformten Körpern untersuchen.
Energie: Speicherung und Umwandlung von Energie erklären.
Kraft und Bewegung: Den Zusammenhang zwischen Federkraft und Auslenkung verstehen.
Experimentieren: Messwerte aufnehmen, auswerten und sicher arbeiten.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was ist Spannenergie? (Energie in einem elastisch verformten Körper) (!Energie nur in einem warmen Körper) (!Energie nur in einem fahrenden Auto) (!Energie nur in einer Batterie)

Zu welcher Energieform gehört die Spannenergie? (Potenzielle Energie) (!Elektrische Energie) (!Kernenergie) (!Schallenergie)

Welche Einheit hat die Spannenergie? (Joule) (!Newton) (!Meter) (!Watt)

Welche Formel gilt für eine ideale Feder? (E gleich ein Halb mal D mal s zum Quadrat) (!E gleich D mal s) (!E gleich D geteilt durch s) (!E gleich ein Halb mal D zum Quadrat mal s)

Was beschreibt die Federkonstante D? (Die Härte einer Feder) (!Die Masse einer Feder) (!Die Farbe einer Feder) (!Die Temperatur einer Feder)

In welcher Einheit wird die Auslenkung in die Formel eingesetzt? (Meter) (!Zentimeter) (!Kilogramm) (!Sekunde)

Was geschieht mit der Spannenergie, wenn die Auslenkung verdoppelt wird? (Sie vervierfacht sich) (!Sie verdoppelt sich) (!Sie halbiert sich) (!Sie bleibt gleich)

Welcher Gegenstand kann Spannenergie speichern? (Eine gedehnte Feder) (!Ein ruhender Stein ohne Höhenänderung) (!Eine ausgeschaltete Lampe) (!Ein leerer Messbecher)

Welche Energie kann beim Loslassen einer Feder entstehen? (Bewegungsenergie) (!Nur Kernenergie) (!Nur Lichtenergie) (!Keine andere Energie)

Was gilt für eine härtere Feder bei gleicher Auslenkung? (Sie speichert mehr Spannenergie) (!Sie speichert weniger Spannenergie) (!Sie speichert immer keine Energie) (!Ihre Spannenergie ist unabhängig von D)

Memory

Spannenergie	elastisch gespeicherte Energie
Federkonstante	Härte der Feder
Auslenkung	Dehnung oder Stauchung
Joule	Einheit der Energie
Hookesches Gesetz	Kraft ist proportional zum Federweg
Bewegungsenergie	Energie eines bewegten Körpers

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Bedeutung
Spannenergie	Energie einer verformten Feder
Federkonstante	Maß für die Härte einer Feder
Auslenkung	Änderung gegenüber der Ruhelage
Joule	Einheit der Energie
Energieumwandlung	Wechsel von einer Energieform in eine andere

Kreuzworträtsel

Spannenergie	Welche Energie steckt in einer gespannten Feder?
Joule	Wie heißt die Einheit der Energie?
Feder	Welcher elastische Körper wird im Unterricht oft gedehnt?
Auslenkung	Wie heißt der Abstand von der Ruhelage?
Newton	Welche Einheit hat die Kraft?
Elastisch	Wie nennt man einen Körper, der in seine Ausgangsform zurückkehrt?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Alltagsbeispiele: Fotografiere oder zeichne vier Gegenstände, die Spannenergie speichern können.
Begriffsnetz: Verbinde die Begriffe Feder, Auslenkung, Federkonstante, Spannenergie und Joule in einer Skizze.
Erklärvideo: Nimm ein kurzes Video auf, in dem Du Spannenergie mit einem sicheren Beispiel erklärst.
Sicherheitsplakat: Gestalte ein Plakat mit Regeln für den sicheren Umgang mit Federn und Gummibändern.

Standard

Federexperiment: Dehne eine Feder in kleinen Schritten und miss Kraft und Auslenkung. Arbeite nur unter Aufsicht.
Messwerttabelle: Trage Deine Werte in eine Tabelle ein und zeichne ein Kraft-Weg-Diagramm.
Berechnung: Berechne die Spannenergie für drei verschiedene Auslenkungen derselben Feder.
Energieumwandlung: Baue ein sicheres Modell, das Spannenergie in Bewegungsenergie umwandelt, und beschreibe die Umwandlung.

Schwer

Vergleich von Federn: Untersuche zwei Federn mit verschiedenen Federkonstanten und vergleiche ihre gespeicherte Energie.
Fehleranalyse: Erkläre, warum Zentimeter vor dem Einsetzen in die Formel in Meter umgerechnet werden müssen.
Modellkritik: Prüfe, wann das Hookesche Gesetz bei einem Gummiband nicht gut passt.
Projektplanung: Plane ein kleines Fahrzeug mit Federantrieb. Begründe, wie Auslenkung und Federkonstante die Fahrt beeinflussen.

Lernkontrolle

Energievergleich: Zwei gleiche Federn werden um 5 cm und 10 cm gedehnt. Vergleiche die Spannenergien, ohne beide Werte vollständig auszurechnen, und begründe.
Federwahl: Für ein Modellauto stehen eine weiche und eine harte Feder bereit. Entscheide, welche bei gleicher Auslenkung mehr Energie speichert, und erkläre Deine Wahl.
Energieumwandlung: Beschreibe die Energiekette eines Spielzeugautos mit Federantrieb vom Spannen bis zum Stillstand.
Versuchsplanung: Entwickle einen Versuch, mit dem Du zeigen kannst, dass die Spannenergie vom Quadrat der Auslenkung abhängt.
Sicherheitsbewertung: Beurteile ein Experiment, bei dem ein stark gespanntes Gummiband auf ein Ziel geschossen werden soll. Nenne Risiken und eine sichere Alternative.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

Spannenergie in eigenen Worten erklären kannst.
die Größen $E_{Spann}$ , $D$ und $s$ mit ihren Einheiten kennst.
die Formel $E_{Spann} = \frac{1}{2} D s^{2}$ richtig anwenden kannst.
Zentimeter sicher in Meter umrechnen kannst.
Energieumwandlungen bei einer Feder beschreiben und Versuche sicher planen kannst.

OERs zum Thema

LEIFIphysik: Spannenergie

LEIFIphysik: Interaktive Simulation zur Spannenergie

Links

Spannenergie

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.