Verformungsenergie und Energieerhaltung

Fragender123 · Anmeldungsdatum: 04.03.2017 Beiträge: 1

Meine Frage:
Ich bin Lehrer an einem Gymnasium und stehe derzeit vor einem Problem:

Besitzt ein verformtes Auto (nach einem Crash) mehr Energie als ein nicht verformtes Auto (vor einem Crash)?

Meine Ideen:
Stoßen zwei gleich schwere Autos vollkommen unelastisch zusammen, so ist die kinetische Energie gleich 0 [oder zumindest wesentlich kleiner als vorher], sie wird also aufgrund der Energieerhaltung in Wärmeenergie und sogenannte Verformungsenergie umgewandelt. Folglich muss ein verformtes Auto doch die Energie: (Ekin,ges - Ewärm)/2 > 0 mehr besitzen als das Auto vor dem Unfall.
Soweit ist dies aus meiner Sicht schon komisch genug. Noch weniger verständlich finde ich aber den folgenden Gedanken:
Angenommen ich verforme ein Stück Knete von der Form A in die Form B, dann entsteht sicherlich Wärmeenergie, aber ich verrichte auch Verformungsarbeit, wodurch die Knete in Form B mehr Energie besitzt als in Position A. Verforme ich nun die Knete wieder zurück (von B nach A), so verrichte ich doch wieder Verformungsarbeit (die wird ja nicht in irgendeiner Form frei!), wodurch die Knete -- wieder zurück in Position A -- mehr Energie haben müssten als zuvor, obwohl sie ganz identisch aussieht. Wo ist mein Denkfehler?

hansguckindieluft · Anmeldungsdatum: 23.12.2014 Beiträge: 1212

Hallo,

im Fall der beiden Autos erhöht sich tatsächlich die Energie durch die Umformung. Bei der Umformung wird Metall verformt. Während der Umformung wird die Versetzungsdichte im Metallgitter um mehrere Zehnerpotenzen erhöht. Jede Versetzung stellt eine Fehlstelle im Metallgitter dar, durch die das Metallgitter verzerrt wird. Der Atomabstand entspricht dann lokal nicht mehr der Gleichgewichtslage. Die Metallbauteile des Autos können auch nicht beliebig viel Umformenergie aufnehmen. Irgendwann ist das Verformungsvermögem des Metalls erschöpft und das Bauteil würde einfach brechen.

Ob und wie sich das Material "Knete" während der Umformung ändert, weiß ich nicht.

Gruß

Fragender12 · Anmeldungsdatum: 04.03.2017 Beiträge: 1

Hi,

vielen Dank für die schnelle und hilfreiche Antwort, das hat mir schon sehr geholfen. Eine daran anschließende Frage hätte ich aber noch: Gibt es auch den umgegekehrten Vorgang, dass sich die Metallgitter also "entzerren" und "Energie frei wird"?

Als Umwandung von Umformenergie in bspw. kinetische Energie ist mir momentan nur die gespannte Feder bekannt, dies ist aber meines Erachtens nicht das gleiche, wie ein verformtes Metallstück, da dieses nicht von sich aus zurückspringt.

Viele Grüße

hansguckindieluft · Anmeldungsdatum: 23.12.2014 Beiträge: 1212

Hallo,

um die Verzerrung des Metallgitters wieder rückgängig zu machen, muss man i. d. R. thermische Energie zuführen. Zunächst kommt es zu "Erholungseffekten": Versetzungen können wandern und sich teilweise gegenseitig auslöschen oder Kleinwinkelkorngrenzen bilden. Überschreitet man eine bestimmte Temperatur, und liegt gleichzeitig ein kritischer Grad an Umformung vor, beginnt eine Rekristallisation des Metallgitters. Ist diese abgeschlossen, liegt ein Metallgitter vor, dass dem Zustand vor der Umformung gleicht. Das bedeutet aber natürlich nicht, dass das Metallteil makroskopisch in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.

Gruß