Im Alltag geht es sehr oft um Arbeit. Was man im Sprachgebrauch unter Arbeit versteht, ist aber meist etwas anderes, als du im Physikunterricht abgefragt wirst! Den Satz Arbeit ist Kraft mal Weg hast du sicherlich schon mal gehört. Show
Was es damit auf sich hat, insbesondere mit der mechanischen Arbeit und deren Formen erfährst du in diesem Artikel. Mit Definitionen, Abbildungen und Beispielen lernst du, die mechanische Arbeit zu berechnen und sogar grafisch zu ermitteln! Mechanische Arbeit - Was ist Arbeit?Unter Arbeit versteht man im deutschen Sprachgebrauch viele verschiedene Dinge. In der Schule eine Arbeit schreiben, wobei die Arbeit ein Test oder eine Klausur ist. Auch heißt es auf die Arbeit gehen, ganz egal, welche Arbeit man dann macht, z. B. körperliche Arbeit auf einer Baustelle oder kreative Arbeit beim Designen. Was genau ist dann Arbeit im physikalischen Sinn, insbesondere mechanische Arbeit? Die physikalische Bedeutung von ArbeitIm Physikunterricht wird in den meisten Fällen von der physikalischen Größe der Arbeit geredet. Präge dir für den Unterricht die folgendeAusdrucksweise ein! Arbeit wird an einem Körper verrichtet. Jetzt schauen wir uns dieDefinition der Arbeit in der Physik an: Unter der Größe der Arbeit versteht man in der Physik allgemein die Änderung der Energie eines Systems. Allgemein gilt: Die Einheit der Arbeit ist:
Das Dreieck vor dem Formelzeichen der Energie E spricht man Delta. Zusammen also Delta E. Diese allgemeine Definition ist wichtig für das Verständnis in verschiedenen Bereichen der Arbeit. Rechnen wirst du in den meisten Fällen aber mit den Formeln für die jeweilige Art der Arbeit. Wenn es direkt um Energien als Arbeit geht, dann wird meistens Joule als Einheit benutzt. Bei mechanischer Arbeit spricht man meistens von Newtonmeter und bei elektrischer Arbeit von Wattsekunde. Wenn du dir bei der Einheit bzw. der Anwendung nicht sicher bist, gib die Arbeit in Joule an! Wenn du die Arbeit in Newtonmetern oder Wattsekunden angibst, musst du im Allgemeinen auch keinen Malpunkt zwischen N und m bzw. W und s setzen! Im Artikel soll es hauptsächlich um die mechanische Arbeit gehen. Was also ist die mechanische Arbeit? Mechanische Arbeit – DefinitionDie Arbeit, welche im Physikunterricht am meisten diskutiert wird, ist die mechanische Arbeit. Wenn du z. B. eine Kiste schiebst oder diese anhebst, verrichtest du Arbeit an der Kiste, wodurch du dessen Zustand (in diesem Fall die Position) änderst. Um die Arbeit an der Kiste zu verrichten und diese zu heben, musst du eine Kraft aufwenden. Das Resultat der anhaltenden Kraft ist das Heben der Kiste über eine Strecke . Dabei wirkt dir in diesem Fall eine Kraft (Gewichtskraft) entgegen, welche definiert, wie viel Kraft du mindestens anwenden musst, um den Zustand der Kiste zu verändern, also diese anzuheben.
Du wendest also eine Kraft über eine Strecke an. Das Produkt dieser beiden Größen ist deine verrichtete mechanische Arbeit an der Kiste. Somit ergibt sich die folgende vereinfachte Definition der mechanischen Arbeit: Die mechanische Arbeit ist die Zustandsänderung eines Körpers durch eine Kraft über eine Strecke . Wenn die wirkende Kraft und die Strecke gleichgerichtet, also parallel zueinander und in dieselbe Richtung sind, gilt folgende Formel zur Berechnung der mechanischen Arbeit:
Für die mechanische Arbeit benutzt man die Einheit Joule bzw. Newtonmeter:
Je größer die Kraft ist, mit welcher du die Kiste schieben musst, desto größer ist auch deine verrichtete mechanische Arbeit an der Kiste. So ist es auch bei der Strecke: je weiter du die Kiste schiebst, desto größer ist deine verrichtete Arbeit! Die mechanische Arbeit ist proportional abhängig von der angewandten Kraft und der Strecke , über welche diese Kraft wirkt. Bei doppelter Kraft oder doppelter Strecke verdoppelt sich also auch die mechanische Arbeit.
Diese proportionalen Abhängigkeiten kannst du auch wie folgt angeben: Die mechanische Arbeit ist proportional abhängig von der wirkenden Kraft : Die mechanische Arbeit ist proportional abhängig von der Strecke : Hier eine kurze Beispielaufgabe, damit du das Gelernte direkt anwenden kannst: Aufgabe 1 Berechne die mechanische Arbeit , wenn du zum Schieben einer Kiste die Kraft aufbringen musst, um diese um zu verschieben.
Lösung Zuerst suchst du dir die Formel für die allgemeine Arbeit heraus. Mit dem Merksatz Arbeit ist Kraft mal Weg musst du dafür auch nicht deine Formelsammlung aufschlagen: In der Formel musst du hier nichts umstellen, also kannst du die gegebenen Werte jetzt einsetzen. Beachte dabei immer, die Werte in SI-Einheiten einzusetzen! Jetzt fehlt noch der letzte Schritt, das Berechnen der verrichteten Arbeit und ein kurzer Antwortsatz. Du solltest auf folgenden Wert kommen: Die an der Kiste verrichtete Arbeit beträgt . Die besprochenen Abhängigkeiten kannst du dir zu Nutze machen! Die goldene Regel der Mechanik und die mechanische ArbeitWenn du die Kraft , welche du zum nach oben Schieben eines Gegenstandes brauchst, halbieren möchtest, kannst du mithilfe einer längeren schiefen Ebene (z. B. Rampe) für eine Verdoppelung der zurückgelegten Strecke sorgen. Wenn die Höhe in beiden Fällen gleich ist, halbierst du somit laut der goldenen Regel der Mechanik, Was du an Kraft sparst, musst du an Weg zusetzen, die benötigte Kraft!
Das Interessante dabei ist, dass die verrichtete mechanische Arbeit in beiden Fällen gleich ist! Das kannst du bei schweren Gegenständen nutzen, um diese mit deutlich geringerem Kraftaufwand, jedoch über eine längere Strecke, nach oben zu befördern. Als Merksatz könntest du die goldene Regel der Mechanik im Blick auf die mechanische Arbeit auch umformulieren: Was du an Kraft sparst, musst du an Weg zusetzen, wobei die verrichtete mechanische Arbeit gleich bleibt! Die goldene Regel der Mechanik lautet: Was du an Kraft sparst, musst du an Weg zusetzen, wobei die verrichtete mechanische Arbeit gleich bleibt! In einer Aufgabe könnte dein neues Wissen angewandt so aussehen: Beim Heben eines Körpers um die Höhe musst du die Kraft aufwenden. Diese ist dir zu groß, also entscheidest du dich, eine Rampe als Hilfe zu nutzen. Wie lang muss diese Rampe sein, damit deine jetzt benötigte Kraft nur halb so groß ist, wie die ursprünglich benötigte Kraft ? Wie groß sind die jeweils verrichteten mechanischen Arbeiten? Reibung wird hierbei vernachlässigt.
Aufgabe 2 a) Berechne die Strecke , wenn du bei gleicher Endhöhe nur noch die Hälfte der Kraft aufwenden möchtest. b) Berechne außerdem in beiden Fällen die mechanischen Arbeiten und . Lösung a Die goldene Regel der Mechanik besagt, dass bei gleicher mechanischer Arbeit (die Endhöhe ist in beiden Fällen gleich) die Änderung der Kraft eine gleiche, aber umgekehrte, Änderung der Strecke bedeutet. In dieser Aufgabe soll die neue Kraft nur noch halb so groß sein, also: Das bedeutet, die Strecke wird laut goldener Regel der Mechanik nicht halbiert, sondern verdoppelt: Um die benötigte Kraft mithilfe einer Rampe zu halbieren, muss die Rampe die doppelte Länge der Endhöhe besitzen. Die Länge der Rampe beträgt . Lösung b: Zum Berechnen der mechanischen Arbeit nimmst du dir die schon bekannte Formel für die jeweiligen Größen, setzt die Werte ein, und berechnest die mechanische Arbeit: Die verrichtete mechanische Arbeit ist in beiden Fällen gleich, diese beträgt 100Nm. In allen bisherigen Beispielen und Betrachtungen bist du davon ausgegangen, dass Kraft und Strecke parallel sind und in die gleiche Richtung zeigen. Dadurch ist es sehr einfach die mechanische Arbeit mit Arbeit ist Kraft mal Weg zu berechnen. Die mechanische Arbeit bei nicht gleichgerichteten GrößenDass Kraft und Strecke genau gleichgerichtet sind, ist ein Spezialfall. Stelle dir dazu vor, du ziehst eine Kiste an einem Seil hinter dir her: Da die Kiste weiter unten am Boden ist als dein Arm, ist das Seil nicht parallel zum Boden bzw. der Strecke . Die Richtung stimmt zwar, jedoch wirkst du die Kraft in einem Winkel aus. Nur der Anteil der Kraft, welcher gleichgerichtet der Strecke ist, resultiert in der verrichteten mechanischen Arbeit über die Strecke. Das bedeutet, dass der Betrag der Kraft nun größer sein muss, um die gleiche gewünschte Arbeit zu verrichten.
Dadurch verändert sich die Definition der mechanischen Arbeit: Wirkt eine Kraft in einem Winkel auf einen Körper entlang der Strecke , so berechnet sich die verrichtete mechanische Arbeit wie folgt: und sind hierbei die Beträge von Kraft und Strecke. Die Einheit der Arbeit ist Joule bzw. Newtonmeter:
Man könnte hier also sagen, Arbeit ist anteilige Kraft mal Weg. Die mechanische Arbeit ist auch hier proportional abhängig von der Kraft und der Strecke. Der Winkel bringt jedoch eine neue Abhängigkeit in die Betrachtung. In dieser Abbildung siehst du den Cosinus in Abhängigkeit des Winkels:
Der wichtigste Abschnitt für unsere Betrachtung ist der für Winkel zwischen 0° und 90°. Du kannst erkennen, dass der Cosinus des Winkels dabei von 1 auf 0 sinkt. Das geschieht weder konstant noch abrupt. Deswegen ist ein Abschätzen des Cosinus meist schwierig und ein Berechnen sinnvoll. Schauen wir uns die folgenden drei Fälle für bestimmte Winkel etwas genauer an: In der ersten Aufgabe hast du berechnet, welche Arbeit du an der Kiste verrichtet hast. Dabei hast du deine Kraft parallel zur Verschiebungsrichtung angewendet. Bei einer unhandlichen oder schweren Kiste willst du aber vielleicht ein Seil benutzen, um das Verschieben angenehmer zu machen. Welche Kraft musst du jetzt in einem Winkel anwenden, um die gleiche Arbeit über die gleiche Strecke zu verrichten? Aufgabe 3 Berechne den Betrag der Kraft welche du anwenden musst, um eine mechanische Arbeit von über eine Strecke von beim Verschieben der Kiste von Aufgabe 1 zu verrichten, wenn der Winkel zwischen Kraft und Weg ist.
Lösung Zuerst suchst du dir die Formel für die mechanische Arbeit für einen Winkel zwischen der Kraft und dem Weg im Tafelwerk oder der Formelsammlung. Du kannst sie dir auch mit Arbeit ist anteilige Kraft mal Weg merken. Wobei der Anteil der Kraft mit dem Cosinus des Winkels berechnet wird: In dieser Aufgabe kannst du davon ausgehen, dass der Weg schon als Betrag gegeben ist: Jetzt kannst du die Formel der mechanischen Arbeit für die gegebenen Bezeichnungen der Größen anpassen: Die gesuchte Größe ist der Betrag der Kraft, also musst du die Formel auf den Betrag der Kraft umstellen: Die gesuchte Größe steht nun links. Auf der rechten Seite sind nur gegebene Größen (mechanische Arbeit, Strecke, Winkel), also kannst du die Werte jetzt einsetzen: Als letzten Schritt berechnest du nun den Betrag der Kraft und formulierst dein Ergebnis in einem kurzen Antwortsatz: Der Betrag, der im Winkel angewendeten Kraft, beträgt . In der obigen Tabelle findest du nur Winkel, für welche der Cosinus positiv ist. In der Abbildung 9 dazu kannst du aber sehen, dass der Cosinus auch negativ sein kann. Was bedeutet das für die mechanische Arbeit? Das Vorzeichen der ArbeitFür Winkel > 90° wird der Cosinus negativ, das heißt, die Kraft wirkt rückwärts. Dem Körper wird also Energie bzw. Arbeit genommen. An der Berechnung ändert sich in diesem Fall nur das Vorzeichen der resultierenden mechanischen Arbeit. Da der Winkel zwischen der betrachteten Bewegungsrichtung und der einwirkenden Kraft festgelegt wird, ist der Sachverhalt meistens wichtig, um das Vorzeichen zu interpretieren. Das passiert zum Beispiel bei einer beschleunigenden Kraft. Diese resultiert in einer Geschwindigkeitsänderung. Ob diese Änderung die Geschwindigkeit erhöht, verringert, oder ablenkt, kommt auf den Sachverhalt an. Eine mechanische Arbeit wird aber in allen Fällen verrichtet! Egal ob Winkel oder anderes Vorzeichen, die mechanische Arbeit kann anders, als nur mit bloßen Zahlen und Skizzen dargestellt werden. Die mechanische Arbeit grafisch darstellenUm nicht nur einfache, sondern gerade kompliziertere Aufgaben zu veranschaulichen, kannst du eine Kraft in Abhängigkeit des Weges im Kraft-Weg-Diagramm grafisch darstellen. In diesem Diagramm kannst du dann auch die mechanische Arbeit ablesen: Die mechanische Arbeit ist die Fläche, welche durch die Kraft über einen Weg aufgespannt wird. Bei sich sehr kompliziert verhaltenden Kräften, wie oben dargestellt, kannst du dir sicher vorstellen, dass das Ermitteln der Fläche äußerst schwierig wird. Um den Flächeninhalt unter einer Funktion zu berechnen, benötigt man das Integral. Hier wäre es das Integral der Kraft über ein Wegstück zu . Löst man dieses Integral, berechnet man die Fläche unter dem Funktionsgraphen für das Wegstück zu und somit die mechanische Arbeit . In diesem Fall gilt: Wenn du dir unsicher bist, ob du das Integral in der Schule ausrechnen musst, frag am besten bei deinem Lehrer nach! Zum Integral kannst du dir auch den Mathe-Artikel auf StudySmarter anschauen! Die Kraft in der Abbildung 11 ist nicht wie sonst angenommen konstant. Was also tun, wenn verschiedene Kräfte entlang einer Strecke auftreten? Betrachtung von verschiedenen Kräften & Wegstücken gleichzeitigNicht jede Kraft ist gleichmäßig oder konstant. Deswegen bietet es sich an, die Kräfte und Wege sinnvoll aufzuteilen! Gehen wir davon aus, dass du einen Holzschlitten mit Stahlkufen über einen Weg ziehen möchtest. In der Mitte des 5,5m breiten betonierten Weges liegt eine 1,5m breite Stahlplatte über dem Beton ist.
Den gesamten Weg und die verrichtete mechanische Arbeit kannst du jetzt in drei Teilen betrachten:
Da es an dieser Stelle um die Aufteilung der allgemeinen mechanischen Arbeit gehen soll, sind die Reibungskräfte schon gegeben. Das ist normalerweise nicht der Fall. Wenn es dich interessiert, wie diese Kräfte berechnet werden, schaue dir dazu die folgende Vertiefung an: Wie die Reibungskraft berechnet wird, ist etwas weiter unten und im Artikel zur Reibungsarbeit bzw. Reibungskraft erklärt. Hier aber die Rechnung zum Nachvollziehen: (sprich Mü) ist die Reibungszahl. Diese ist je nach aneinander reibenden Oberflächen definiert. Die Reibungskraft im Teil 1 und 3 (Stahl auf Beton), darauffolgend im Teil 2 (Stahl auf Stahl): Nun zum eigentlichen grafischen Darstellen und Berechnen im Kraft-Weg-Diagramm: Zuerst solltest du alle wichtigen gegebenen Größen in das Diagramm packen. Aufgabe 4.1 Stelle die über den drei Wegstücken wirkenden Kräfte in einem Diagramm (Kraft-Weg-Diagramm) dar. Lösung Du zeichnest ein Koordinatensystem mit dem Weg s als x-Richtung und der Kraft F als y-Richtung. Die Werte sind hierbei wichtig, überlege dir also eine sinnvolle Skalierung. Die Kräfte sind in jedem Wegabschnitt definiert und konstant. Also kannst du die konstanten Kräfte im jeweiligen dazugehörigen Wegabschnitt als eine Gerade einzeichnen.
Als nächstes untersuchst du, wo im Diagramm welche mechanischen Arbeiten zu finden sind. Aufgabe 4.2 Trage die mechanischen Arbeiten in das Kraft-Weg-Diagramm ein und markiere diese eindeutig. Lösung Mit dem Merksatz "Die Arbeit ist im Kraft-Weg-Diagramm die Fläche unter der Kraft aufgespannt über dem Weg", kannst du ganz einfach die Flächen markieren. Über dem Weg , unten mit der x-Achse begrenzt, nach oben mit der Kraft begrenzt, findest du die Fläche bzw. die Arbeit . Das Gleiche gilt für , hier nun zwischen und , und bei ist es in diesem Fall und über .
Wie genau du die mechanische Arbeit im Kraft-Weg-Diagramm berechnest kommt darauf, um welche Flächen es sich handelt. Im Beispiel sind es Rechtecke. Aufgabe 4.3 Berechne die mechanischen Arbeiten und die gesamte verrichtete Arbeit . Lösung Zunächst suchst du dir die Formel für die mechanische Arbeit, denkst an den Merksatz Arbeit ist Kraft mal Weg, oder denkst an das grafische Berechnen der Arbeit. Im Kraft-Weg-Diagramm ist die mechanische Arbeit die Fläche, aufgespannt von der dazugehörigen Kraft über dem dazugehörigen Weg. Im Falle dieser Aufgabe sind die Flächen jeweils Rechtecke. Somit benötigst du die allgemeine Formel zur Berechnung des Flächeninhaltes eines Rechtecks der Seitenlängen und : Der Flächeninhalt entspricht in unserer Aufgabe der Arbeit . Die Seitenlängen sind und . Daraus ergibt sich für unsere grafische Lösung die Formel: Diese Formel kommt dir sehr bekannt vor. Es ist hier (bei rechteckigen Flächen) schlichtweg die allgemeine Formel der mechanischen Arbeit mit Arbeit ist Kraft mal Weg. Mit dieser Formel kannst du nun die Formeln für die jeweiligen drei Kräfte aufstellen: Fangen wir mit der Arbeit an. Du weißt aus vorherigen Betrachtungen, dass und gilt. Da die mechanische Arbeit in diesem Fall nur von der Kraft und dem Weg abhängt, kannst du also folgendes festlegen: Du musst also nur einen Wert ausrechnen und bekommst das Ergebnis für beide mechanische Arbeiten und . Dafür setzt du die entsprechenden Werte in die Formel ein und berechnest die mechanischen Arbeiten: Nun berechnest du den Wert für die mechanische Arbeit . Die Formel hast du schon wenige Schritte weiter oben festgelegt. Dort setzt du die jeweiligen Werte ein und berechnest die Arbeit: Um die Gesamtarbeit zu berechnen, bildest du die Summe aller Arbeiten: Hier setzt du die Werte der mechanischen Arbeiten ein und berechnest die Summe: Da du in der Aufgabe mehrere Werte ausgerechnet hast, ist es meistens gern gesehen, nochmal alle Werte am Schluss aufzuschreiben und einen kurzen Antwortsatz zu bilden: Die mechanischen Arbeiten über den jeweiligen Wegstücken betragen . Die gesamt verrichtete mechanische Arbeit am Schlitten beträgt . Die Kräfte waren bis hier alle konstant. Was bei komplizierteren Kräften zu tun ist, erfährst du in der folgenden Vertiefung. Arbeit bei linearen nicht konstanten KräfteDass die Kräfte konstant sind, wie in den Aufgaben oben, ist nicht immer der Fall. Meistens wird von konstanten Kräften ausgegangen, was ist aber bei z. B. einer linear steigenden / sinkenden Kraft? Schauen wir uns dazu das folgende Kraft-Weg-Diagramm an:
Zunächst kannst du gegebene Größen ablesen: Die Fläche der mechanischen Arbeit ist ein rechtwinkliges Dreieck mit und , wobei dies die Seiten sind, welche den rechten Winkel aufspannen. Zur Berechnung der Flächeninhalts eines rechtwinkligen Dreiecks, und somit der mechanischen Arbeit , gilt folgende allgemeine Formel: Damit kannst du die Formel der mechanischen Arbeit erstellen, die Werte einsetzen, und ausrechnen: Für die Arbeit ist dies nicht ganz so einfach. Hier ist es sinnvoll, dass du die Fläche in leicht berechenbare Flächen aufteilst. Der obere Teil, die mechanische Arbeit , wäre hier wieder ein rechtwinkliges Dreieck. Der untere Teil, die mechanische Arbeit , ist ein Rechteck. Schauen wir uns zunächst den oberen Teil, welcher der mechanischen Arbeit entspricht, an. Für das rechtwinklige Dreieck gilt wieder: Eine der beiden Seiten entspricht der Länge : Die Länge der anderen, am rechten Winkel befindlichen, Seite kannst du ablesen. Es ist der Wert der Kraft minus den der Kraft : Mit diesen beiden Seitenlängen kannst du jetzt also die Formel für den Flächeninhalt des oberen Teils, also für die mechanische Arbeit aufstellen, einsetzen und ausrechnen: Der untere Teil ist ein Rechteck, welches du schon in anderen Aufgaben berechnet hast. Hier also eine etwas kürzere Beschreibung: Der Flächeninhalt des Rechtecks entspricht der mechanischen Arbeit : Den Flächeninhalt eines Rechtecks berechnet man über die Seitenlängen wie folgt: Aus dem Kraft-Weg-Diagramm abgelesen: Für die mechanische Arbeit folgt daraus: Die mechanische Arbeit berechnest du als Summe der beiden Teilarbeiten über dem Weg : Somit kannst du die mechanische Gesamtarbeit über den kompletten gegebenen Weg als Summe aller mechanischen Arbeiten berechnen: Alle Arbeiten, welche du bis hier hin ausgerechnet hast, haben wir bis jetzt immer nur als mechanische Arbeit benannt. Beim Schieben bzw. Ziehen verrichtest du aber eine andere Art der Arbeit, als beim Heben. Das gilt auch für das Verformen und Beschleunigen. Eine Einordnung der verrichteten mechanischen Arbeit macht also Sinn. Mechanische Arbeit – ArtenWie schon weiter oben erwähnt, musst du beim Verrichten von Arbeit immer eine Kraft aufwenden. Die Art der mechanischen Arbeit wird nach der Kraft benannt, die du für sie aufwenden bzw. überwinden musst: Übersicht der Arten der mechanischen ArbeitZu jeder Art dieser mechanischen Arbeiten gibt es bei StudySmarter einen ausführlichen Artikel mit Definitionen, Abbildungen und Beispielen. Diese Übersicht soll dir aber schon ein paar der Unterschiede zeigen, damit du dich einfacher zurechtfinden kannst!
In vielen mechanischen Vorgängen wird nicht nur eine klar definierte Arbeit verrichtet. Das folgende Beispiel hilft dir dabei, verschiedene mechanische Arbeiten einzuordnen. Aufgabe 5 Ordne die folgenden Situationen einer oder mehreren Arten von mechanischer Arbeit zu. Welcher Gegenstand verrichtet die mechanische Arbeit an welchem Gegenstand?
Lösung
In jeder dieser Situationen kannst du sehr viele verschiedene verrichtete mechanische Arbeiten finden. Du solltest also immer bedenken, aus welchem Blickwinkel eine Situation betrachtet wird. Spricht man vom Beschleunigen eines Autos, ist meistens nur die resultierende Beschleunigungsarbeit am Auto interessant. Du kannst auch genauer sein, und über den Einfluss der Luft- oder Straßenreibung diskutieren. Noch genauer kannst du sein, wenn du die chemische Arbeit des Treibstoffs und Verluste durch Wärme und weitere interne Reibungsstellen untersuchst. Du siehst also, dass der Kontext der Aufgabe entscheidend dafür ist, welche Arbeit du untersuchen musst! In einem Test oder einer Klausur kannst du meistens einen Hinweis darauf finden, wie genau du sein sollst. Schau dir an, wie viele Punkte es für die Aufgabe gibt! Mechanische Arbeit - Das Wichtigste
Arbeit ist Kraft mal Weg
Was du an Kraft sparst, musst du an Weg zusetzen, wobei die verrichtete mechanische Arbeit gleich bleibt.
Was ist Kraft mal Weg?Es wird physikalische Arbeit verrichtet, wenn eine Kraft längs eines Weges wirkt. Es gilt W = F s ⋅ s m i t [ W ] = 1 N m = 1 J Dabei ist der zurückgelegte Weg und der Betrag der Kraft in Bewegungsrichtung.
Welcher Zusammenhang besteht geometrisch zwischen Arbeit Kraft und Weg?Die geleistete Arbeit ist proportional zur angewendeten Kraft und zur zurückgelegten Wegstrecke: W=ΔW=F⋅Δs=F⋅(sB−sA).
Warum kann man die Arbeit beim Dehnen einer Feder nicht einfach als Kraft mal Weg berechnen?Zum Beispiel gilt für die Kraft beim Auslenkung einer Feder das Hooke'sche Gesetz: F = k ⋅ x . Willst du die Arbeit beim Spannen einer Feder berechnen, kannst du die Formel W = F ⋅ s also nicht ohne weiteres benutzen - Die Kraft ändert sich beständig mit der Strecke.
Was ist der Zusammenhang zwischen Arbeit und Energie?Die physikalischen Größen Energie und Arbeit hängen eng miteinander zusammen. Wird von einem Körper oder an einem Körper Arbeit verrichtet, so ändert sich dessen Energie. Allgemein gilt: Die von einem Körper oder an einem Körper verrichtete Arbeit ist gleich der Änderung seiner Energie.
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Warum ist Arbeit Kraft mal Weg?
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