Physik -> Arbeit von Federn
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Hallo zusammen
Ich bin gerade dabei, mich auf eine Physikprüfung vorzubereiten und habe da einige Kleinigkeiten, die mir einfach nicht in den Kopf wollen:1. Arbeit(W) = Kraft(F) * Weg(s)
Wenn ich nun versuche, einen grossen Laster wegzurollen, der sich allerdings keinen cm bewegt, weil ich zu schwach bin, dann habe ich doch dennoch Arbeit verrichtet! Laut Physik aber offenbar nicht, denn Arbeit = Kraft(X) * Weg(0) = 0 Joule...
Wie ist denn dies zu verstehen?2. Die Formel für die kynetische Energie einer gespannten Feder lautet Energie(E) = (Federkonstante(D) * Kompressionsweg(y)^2)/2, was ich überhaupt nicht nachvollziehen kann. Denn:
Federkraft(F) = Federkonstante(D) * Kompressionsweg(y)
Arbeit = Federkraft(F) * Weg(s)Also:
Arbeit(W) = Federkonstante(D) * Kompressionsweg(y) * Weg(s)
Bei einer Feder entspricht der Kompressionsweg(y) dem Weg(s) so das gilt: y = s
Also lautet doch die Formel: E = D*y^2 ??? Aber wieso muss man dass Ganze noch durch 2 Teilen sodass E = (D*y^2)/2 gilt??? Das kann ich überhaupt nicht nachvollziehen!
Mfg Ishildur
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1. Arbeit(W) = Kraft(F) * Weg(s)
Wenn ich nun versuche, einen grossen Laster wegzurollen, der sich allerdings keinen cm bewegt, weil ich zu schwach bin, dann habe ich doch dennoch Arbeit verrichtet! Laut Physik aber offenbar nicht, denn Arbeit = Kraft(X) * Weg(0) = 0 Joule...
Wie ist denn dies zu verstehen?Es gibt verschiedene Arten von Arbeit/Energie (ist rechnerisch das selbe)
kinetisch z.B. W = 1/2*m*v^2
du hast an dem LKW aber trotzdem keine Arbeit verrichtet, du hast ja nichts verändert. Dafür würde dich auch niemand bezahlen.
2. Die Formel für die kynetische Energie einer gespannten Feder lautet Energie(E) = (Federkonstante(D) * Kompressionsweg(y)^2)/2, was ich überhaupt nicht nachvollziehen kann. Denn:
Federkraft(F) = Federkonstante(D) * Kompressionsweg(y)
Arbeit = Federkraft(F) * Weg(s)Also:
Arbeit(W) = Federkonstante(D) * Kompressionsweg(y) * Weg(s)
Bei einer Feder entspricht der Kompressionsweg(y) dem Weg(s) so das gilt: y = s
Also lautet doch die Formel: E = D*y^2 ??? Aber wieso muss man dass Ganze noch durch 2 Teilen sodass E = (D*y^2)/2 gilt??? Das kann ich überhaupt nicht nachvollziehen!
Die Kraft der Feder nimmt während dem entspann vorgang linear ab, deshalb wirkt im durchschnitt die halbe Ausgangskraft
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Dein Arbeit=Kraft*Weg ist eine Vereinfachung einer anderen Formel für die Arbeit, die sich halt nicht überall ergibt. In Wirklichkeit integrierst Du die Kraft über den Weg. Wenn die Kraft nun nicht vom Weg abhängt, dann ergibt sich Dein "Arbeit=Kraft*Weg", ansonsten eben nicht. Bei einer Feder hängt die Kraft aber von der Auslenkung ab. Deshalb ergibt sich da etwas anderes.
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Hallo,
zu 1.: Die Arbeit, die du hier verrichtest, besteht allein darin, dass in deinen Muskeln durch die Kontraktion Energie umgewandelt wird. Mit dem Lastwagen hat das allerdings nichts zu tun, da an diesen keine Energie übertragen wird.
zu 2.: Dein Fehler ist, dass du die Kraft F als konstant ansiehst, dabei ändert sie sich mit dem Kompressionsweg y (wie die Formel für F zeigt). Also musst du integrieren:
Gruß,
yanni
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walljumper schrieb:
du hast an dem LKW aber trotzdem keine Arbeit verrichtet, du hast ja nichts verändert. Dafür würde dich auch niemand bezahlen.
Och, ich würde ihm durchaus zugestehen, da Arbeit geleistet zu haben. ...die wird aber anscheinend komplett von der Haftreibung "absorbiert".
http://de.wikipedia.org/wiki/Haftreibung
Solche einfachen Formeln wie Arbeit=Kraft*Weg abstrahieren natürlich generell vom Auftreten von Reibung. ...ist ja eigentlich prinzipiell in der Physik so: Man betrachtet immer stark idealisierte Systeme. Hier in der Mechanik ist es ja sogar so, dass Reibung nichtmal ein zentraler Bestandteil der dahinterstehenden Theorie ist. Stattdessen wird das so gehandhabt, dass man von der Theorie her etwas herleitet und am Schluss sagt: "Och, Reibung haben wir auch noch, also hängen wir da noch einen entsprechenden Term dran.".
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Gregor schrieb:
Och, ich würde ihm durchaus zugestehen, da Arbeit geleistet zu haben. ...die wird aber anscheinend komplett von der Haftreibung "absorbiert".
Da sich der LKW nicht bewegt hat, ist es auch völlig unerheblich welche Reibungskräfte da wirken, die Arbeit ist trotzdem 0.
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Wenn er den Lastwagen nicht ein bisschen bewegt hat, hat er definitiv keine Arbeit verrichtet. Genauso verrichtet man ja keine Arbeit beim in der Gegend rumstehen, obwohl man mit der eigenen Gewichtskraft auf den Boden drückt.
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Wenn man sich darauf einigt, dass sich der LKW gerade aufgrund der Haftreibung nicht bewegt, dann muss man erstmal klären, was Haftreibung überhaupt ist, um sagen zu können, dass da keine Energie an das System übertragen wurde. Warum entsteht da so ein Haftreibungsterm, der eine Kraft verursacht, die der Kraft des Threaderstellers entgegengerichtet ist, so dass sich der LKW anscheinend nicht bewegt.
Ok, ich muss zugeben, dass ich nicht genau weiß, was da passiert, aber ich habe folgende Vorstellung von dieser Haftreibung. Mikroskopisch gesehen gehe ich davon aus, dass da Atome und meinetwegen auch etwas größere Strukturen gegeneinander gedrückt werden. Wenn die Kraft die maximale Haftreibungskraft übersteigt, dann brechen da größere Strukturen und der LKW bewegt sich. Was passiert aber davor? Wie schon gesagt: IMHO werden da Atome, Moleküle usw. gegeneinander gedrückt. Das heißt, dass dort potentielle Energie angesammelt wird. Es ist praktisch so, als ob auf mikroskopischer Ebene eine Feder gespannt wird. Und damit das passieren kann, muss dem System diese Energie erstmal zugeführt werden, was der Threadersteller IMHO selbst macht. Dieses "gespannte System" will natürlich relaxieren und dadurch entsteht die rücktreibende Kraft.
Oder welche Erklärung habt Ihr für Haftreibung, die ohne dem auskommt, dass da irgendwo potentielle Energie angesammelt wird?
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Gregor schrieb:
...
Abgesehen davon, dass du dir das ziemlich hingebogen hast, ist deine Argumentation auch unsinnig, denn wenn er fertig ist mit "schieben", dann wird deine potentielle Energie auch wieder frei. Und unterm Strich ist nach wie vor keine Arbeit verrichtet worden.
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btw. der LKW hat Räder also Handelt es sich um Rollreibung, nicht Haftreibung.
Ka wie ich jetzt haftreibung auf Atomarer Ebene ohne eine Zeichnung erklären soll.
Stell dir einfach die Oberflächen von 2 Materialien als Berg und Tal Landschaft vor. Weil die Gewichtskraft die nach unten drückt ist es schwer einen Berg zu überwinden und damit vorwärts zu kommen.
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Jan schrieb:
Abgesehen davon, dass du dir das ziemlich hingebogen hast, ist deine Argumentation auch unsinnig, denn wenn er fertig ist mit "schieben", dann wird deine potentielle Energie auch wieder frei. Und unterm Strich ist nach wie vor keine Arbeit verrichtet worden.
Die geht aber nicht an ihn zurück, sondern verschwindet irgendwo im System "LKW - Boden".
...und was heißt da "hingebogen"? Wenn man die Haftreibung als das zentrale Phänomen ansieht, weshalb sich der LKW nicht bewegt, dann muss man das schon erklären, bevor man ihm jede geleistete Arbeit abspricht.
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walljumper schrieb:
btw. der LKW hat Räder also Handelt es sich um Rollreibung, nicht Haftreibung.
Rollreibung im bewegten Zustand steht AFAIK nicht mit einer anfänglichen Haftreibung im Widerspruch, die wirkt, bis sich da etwas auf makroskopischer Ebene bewegt.
walljumper schrieb:
Ka wie ich jetzt haftreibung auf Atomarer Ebene ohne eine Zeichnung erklären soll.
Stell dir einfach die Oberflächen von 2 Materialien als Berg und Tal Landschaft vor. Weil die Gewichtskraft die nach unten drückt ist es schwer einen Berg zu überwinden und damit vorwärts zu kommen....und wenn Du noch auf etwas atomarerer Ebene hinguckst, dann stimmt das mit meiner Idee der Haftreibung überein.
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wenn er den lastwagen nicht bewegt, dann hat er per definition keine arbeit verrichtet. so einfach ist das. da is die jegliche art von reibung ganz egal.
"auf atomarer ebene betrachtet" (übrigens wenn man es auf dieser ebene betrachtet, dann kannst du die gängigen begriffe für dinge wie haftreibung und rollreibung sowieso vergessen, weil das sind dann nichtmal mehr extrem schlechte näherungen für das was sich wirklich abspielt) wird er wohl ein winzig winzig winzig kleines bisschen arbeit verrichten . vermutlich am meisten noch in der federung des lastwagens und im seil (wenn es sich dehnt etc.) und andere verformungen des lastwagens, dann durch die verformung seiner haut, bzw. aller verformungen die so im körper stattfinden (biegen der knochen und was weis ich...) usw und so fort. wenn dann ein schweißtropfen von seiner stirn auf den boden fällt, dann erzeugt dieser erschütterungen die... außerdem trifft man dann irgendwann mal auf die frage bis zu welchem grad _er_ arbeit leistet und wo _er_ aufhört (bei obigem schweißtropfen z.b.: immerhin tritt dieser aus seinem körper aus und die schwerkraft verrichtet arbeit an ihm, die widerum arbeit am lastwagen verrichtet. doch hat ja sein körper (er?) arbeit verrichtet um erstmal soweit zu kommen den schweißtropfen ausscheiden zu können...)
ABER: berücksichtigt man alle diese vorgänge (das spiel kannst du praktisch beliebig lange treiben) dann wurde ja etwas bewegt, verformt etc. und somit arbeit geleistet.wenn aber steht dass sich nichts bewegt, dann wurde keine arbeit geleistet und punkt. da ist die achslastverteilung des lastwagens und die temperatur des rahmens sowas von egal das glaubst du gar nicht :p
wenn der LKW sich _nicht_ bewegt (und seis von mir aus aufgrund welcher reibung auch immer), dann bedeutet das, dass kräftegleichgewicht herrscht. und wenn kräftegleichgewicht herrscht, dann gibt es keine resultierende kraft und keine kraft in wegrichtung und damit ist die am LKW geleistete arbeit 0.
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dot schrieb:
wenn aber steht dass sich nichts bewegt, dann wurde keine arbeit geleistet und punkt. da ist die achslastverteilung des lastwagens und die temperatur des rahmens sowas von egal das glaubst du gar nicht :p
wenn der LKW sich _nicht_ bewegt (und seis von mir aus aufgrund welcher reibung auch immer), dann bedeutet das, dass kräftegleichgewicht herrscht. und wenn kräftegleichgewicht herrscht, dann gibt es keine resultierende kraft und keine kraft in wegrichtung und damit ist die am LKW geleistete arbeit 0.
Ich frage halt nach der Ursache des Kräftegleichgewichts und komme zu dem Ergebnis, dass dieses Gleichgewicht entsteht, weil er eben Energie an das System überträgt. Du vereinfachst das System demgegenüber halt noch ein bischen und sagst, dass das Kräftegleichgewicht einfach da ist.
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Naja interessanter wäre folgendes:
Der LKW steht auf einer schiefen ebene und der Arbeiter bringt gerade so viel Kraft aus, dass der LKW sich nicht bewegt.Aber auch hier wird keine Arbeit verrichtet.
Ich frage halt nach der Ursache des Kräftegleichgewichts und komme zu dem Ergebnis, dass dieses Gleichgewicht entsteht, weil er eben Energie an das System überträgt. Du vereinfachst das System demgegenüber halt noch ein bischen und sagst, dass das Kräftegleichgewicht einfach da ist.
Ja nur das du weder Recht noch Ahnung hast.
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walljumper schrieb:
Naja interessanter wäre folgendes:
Der LKW steht auf einer schiefen ebene und der Arbeiter bringt gerade so viel Kraft aus, dass der LKW sich nicht bewegt.Aber auch hier wird keine Arbeit verrichtet.
Ist ja auch etwas völlig anderes. Hier hast Du ohne den Arbeiter nichtmal eine Gleichgewichtssituation.
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nein es ist eben nichts anderes.
F = m * a gilt in beiden Fällen, aus physikalischer Sicht macht es sogar keinen Unterschied, die Situationen sind identisch.
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Der Lkw ist eine Feder mit extrem großer Federhärte. Die drückt er mit Kraft zusammen, und die Feder (der Lkw) drückt mir der gleichen Kraft dagegen.
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Klar im Prinzip ist alles eine Feder meistens eben mit Extremgroßer Härte. Aber in der Physik geht es doch um theoretische Modelle, da werden sollche winzigen nebensächlichkeiten außer acht gelassen. Die Reibung wird ja auch meistens vernachlässigt.
Der Lehrer (oder sonstiger Prüfer) würde es wohl kaum anerkennen wenn man schreibt, dass der LKW wie eine Feder zusammen gedrückt wird
Ohne eine Veränderung (Bewegung) ist nunmal per Definition keine Arbeit geleistet, und es wurde auch keine Energie umgewandelt.
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Hallo zusammen
Ich danke allen, die sich an diesem Thread beteiligen für ihre zahlreichen Antworten und für ihre Zeit, sich mit dieser Thematik auseinanderzusetzen, um mir zu helfen!Leider bin ich inzwischen nur noch mehr verwirrt:
Also ich habe immer mehr das Gefühl, Arbeit(W) sollte vielleicht eher Kraf(F) * Zeit(t) sein?!Energie bedeutet doch, dass man eine bestimmte Kraft während eines bestimmten Zeitraumes aufrecht erhalten kann. Zumindest ist dies doch auch in der Elektrotechnik so definiert: Energie = Stromstärke*Zeit => 1As = 1Nm = 1Joule
Transferieren wir das Ganze auf die Mechanik:
5 Joule bedeutet dann, dass ich eine Masse von 1Kg während 5 Meter um 1m/s^2 beschleunigen kann. Aber irgendwie kann ich mir das Ganze nicht so recht vorstellen.Währe es nicht Sinnvoller, wenn es heissen würde: Ich kann die Masse von 1Kg während 5 Sekunden um 1m/s^2 beschleunigen?
Also irgendwie kann ich das gar nicht nachvollziehen!
