Physik -> Arbeit von Federn
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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!
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Nein nein, also Arbeit ist definiert als Kraft mal Weg. Auf mich wirkt ja ständig die Gravitationskraft, trotzdem ändert sich meine Energie nicht, denn die Kraft wirkt entlang eines Weges der Länge 0.
Der physikalische Begriff der Arbeit ist auch kaum mit dem Alltagsbegriff vergleichbar. Wenn ein einen schweren Koffer eine ebene Strecke entlang trage, ist das für mich vielleicht Arbeit, aber physikalisch ändert sich die Energie des Koffers nicht, es wird also keine Arbeit verrichtet.
Die Formel Energie = Stromstärke*Zeit ist völlig falsch. 1 As ist nicht 1 Nm sondern 1 C (Coulomb), also Ladung. Wenn du noch mit einer Spannung multiplizierst, bekommst du eine Energie.
Dieser Sachverhalt leitet sich aber auch aus obiger Definition ab. Eine Ladung q in einem E-Feld erfährt eine Kraft F=E*q. Die Arbeit verrichtete ist dann das Wegintegral über F, also q*int E*ds = q*U.Zu deinem letzten Satz: Es wäre möglich, 5 Sekunden statt 5 Meter zu sagen, aber ob es sinnvoll ist, ist eine andere Frage. Es käme halt auch schonmal was anderes raus... man müsste ausrechnen, wieviel Weg der mit 1m/s^2 beschleunigte Körper nach 5 Sekunden zurückgelegt hat, um die verrichtete Arbeit auszurechnen. Das ginge, ist aber umständlich. Dass es nicht sinnvoll ist, Arbeit als Kraft mal Zeit zu definieren zeigt mein erstes Beispiel.
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hi,
Ishildur schrieb:
Währe es nicht Sinnvoller, wenn es heissen würde: Ich kann die Masse von 1Kg während 5 Sekunden um 1m/s^2 beschleunigen?
das ist nicht sinnvoller, das ist etwas anderes. zunächst: wenn du sagst, "um * beschleunigen", dann sollte * eine geschwindigkeit sein, und zwar die, um die sich die geschwindigkeit des objekts vor und nach dem beschleunigungsprozess unterscheidet.
dann: es gibt die größe leistung (P). und die energie ist (bei konstanter leistung)
E = P * t
dann kannst du sagen: ich habe eine maschine, die läuft mit 5 Watt (die si-einheit der leistung), und ich lasse sie 78 sekunden laufen. dann kannst du die energie ausrechnen, die du damit verbrätst. (nämlich 5*78 Joules)
das interessante an der kraft ist gerade, dass sie nicht über die zeit, sondern über den ort an die energie gekoppelt ist:
E = F * s
(wieder für konstante Kraft)
wenn du irgendwas schiebst, dann ist es egal, wie schwer es ist, und wieviel reibung es hat; wenn du dieselbe kraft aufwendest, hat das etwas nach einem meter immer dieselbe energie bekommen, manches als kinetische, manches als wärmeenergie.und nun zum lkw: rein physikalisch wird am lkw keine arbeit verrichtet, bis auf diverse verformungseffekte, die wir mal vernachlässigen - die sollten nämlich relativ klein sein. denn "dE = F ds" und ds ist null. erfahrungsgemäß wissen wir aber, dass es anstrengend ist, einen lkw zu schieben, selbst wenn er sich nicht bewegt. und dass man dabei hunger bekommt, d.h. energie verbraucht. und irgendwo muss die ja hingehen. die auflösung ist, dass sich die muskeln nicht einfach anspannen, sondern die ganze zeit bewegen, und da geht die energie verloren. das ds ist zwar klein (von der größenordnung einer muskelfaserzelleodersonstwas), dafür gibt es ganz viele zellen, die sich da gegen eine kraft zusammenziehen und dafür energie benötigen. beim entspannen kriegt man die aber nicht ganz wieder, sondern heizt damit das umliegende gewebe auf. so gesehen verrichtet man doch arbeit (also verbrät energie), aber nicht am lkw, sondern in den eigenen muskeln.
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Mr.Fister schrieb:
Der physikalische Begriff der Arbeit ist auch kaum mit dem Alltagsbegriff vergleichbar. Wenn ein einen schweren Koffer eine ebene Strecke entlang trage, ist das für mich vielleicht Arbeit, aber physikalisch ändert sich die Energie des Koffers nicht, es wird also keine Arbeit verrichtet.
Wäre ich ein böser Lehrer, würde ich das als Aufgabe in einer Klassenarbeit stellen und als Antwort erwarten: Natürlich wird Arbeit verrichtet, da das Gehen eines Menschen so funktioniert, daß er sich mit einem Fuß ein paar Zentimeter anhebt und nach vorne fallen läßt. Geht man mit dem schweren Koffer also 100 Schritte, hat man den Koffer 100mal um ein paar Zentimeter angehoben.
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So wärst du aber nicht nur ein böser, sondern auch ein nicht so guter Lehrer. Wenn ich den Koffer 100 mal 10m die Treppen rauf und runter trage, so wurde letztendlich auch keine Arbeit am Koffer verrichtet, da er vorher die gleiche Energie hat wie hinterher.
Einzig meine Muskeln wärmen sich auf. Da verrichte ich, wenn man so will, Arbeit.
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scrub schrieb:
hat man den Koffer 100mal um ein paar Zentimeter angehoben.
und wieder abgesetzt.
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Ishildur schrieb:
Also ich habe immer mehr das Gefühl, Arbeit(W) sollte vielleicht eher Kraf(F) * Zeit(t) sein?!
Das ist Impuls.
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das wäre imo eher ein kraftstoß (jetzt mal allgemein gesehen)
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Schön, der Koffer geht auch immer wieder runter, aber der Koffer verrichtet ja keine Arbeit an mir, so wars gedacht
Wie auch immer, als Lehrer sollte man nicht stur auf dem Gelehrten bestehen, sondern lieber den Schülern beibringen, einfach mal ihre Lösungen zu begründen.
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Ich glaube, mir dämmerts langsam:
1 Joule = 1Kg * 1m/s^2 * 1m
Bedeutet dies nun, dass ich mit der Energie von einem Joule bei einem Objekt mit einer Masse von 1Kg eine effektive Beschleunigung von v = root(2as,2) = 1.414 m/s^2 bewirken kann?
Oder auch 2 m/s^2 bei einer Masse von 0.5Kg usw?
Wenn dem so wäre, hätte ichs kapiert!
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Mr.Fister schrieb:
Der physikalische Begriff der Arbeit ist auch kaum mit dem Alltagsbegriff vergleichbar. Wenn ein einen schweren Koffer eine ebene Strecke entlang trage, ist das für mich vielleicht Arbeit, aber physikalisch ändert sich die Energie des Koffers nicht, es wird also keine Arbeit verrichtet.
Genau das hier ist wohl das Problem des Threaderstellers. ...und das ist zumindest diskussionswürdig. Der entscheidende Punkt hierbei sind die Idealisierungen, die man in physikalischen Betrachtungen immer vornimmt. Die braucht man, um gewisse physikalische Problemstellungen überhaupt handhaben zu können. Ansonsten wäre alles viel zu komplex. In der Alltagswelt stimmen diese idealisierten Systeme aber oft nicht besonders gut mit unseren Erfahrungen überein: Ein Spitzensportler muss ziemlich viel essen und verbraucht dann auch entsprechend viel Energie. Auch wenn er vielleicht nur die Marathonstrecke im Kreis läuft. Dann kommen hier die Leute daher und sagen: "Der hat ja gar keine Arbeit geleistet.", was ich als "Der hat keine Energie verbraucht." lese. Das ist einfach falsch. Hier gibt es halt starke Abweichungen zwischen den idealisierten Modellvorstellungen und der Realität. Der Arbeitsbegriff bzw. Energiebegriff der Physik stimmt in diesem Fall aber trotzdem mit den entsprechenden Alltagsbegriffen überein. Nur das Modell stimmt nicht.
Ok. Die Frage ist, was man unter "Arbeit leisten" versteht. Wenn man darunter versteht, dass man einem System Energie hinzufügt, die man später wieder abrufen kann, dann sieht die ganze Sache natürlich wieder etwas anders aus.
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dass man einem System Energie hinzufügt, die man später wieder abrufen kann,
Ist dann denn nun so?
Dann frage ich mich allerdings folgendes: Wenn ich einen Koffer auf einer horizontaler Ebene um 10m verschiebe, dann habe ich laut meinem Physikbuch arbeit geleistet, obwohl nun weder eine dynamische noch eine potentielle noch sonst irgendeine Energie dem Koffer zugefügt wurde, welche ich nun abrufen könnte. Bestenfalls noch die Reicbungswärme : Q = F(R) * s ???
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Ishildur schrieb:
Wenn ich einen Koffer auf einer horizontaler Ebene um 10m verschiebe, dann habe ich laut meinem Physikbuch arbeit geleistet
Nein, das hast Du falsch in Deinem Physikbuch gelesen. Du integrierst da die Kraft über den Weg. ...was Du übersehen hast ist, dass da ein Skalarprodukt steht. Das heißt, dass auch noch der Winkel zwischen Kraft und Weg ins Spiel kommt. ...und zwar ein Cosinus davon. Deine Arbeit ist also so in etwa:
W = F * s * cos(alpha).
Da alpha hier 90° ist, ist die Arbeit also 0.
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Gregor schrieb:
Da alpha hier 90° ist, ist die Arbeit also 0.
Der Winkel gegen die Reibungskraft ist 180°.
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Und außerdem gehts um die Kraft, die er aufbringt und nicht der Koffer ihm entgegenbringt.
Und der Spitzensportler hat am Ende die komplette Energie in Wärmeenergie umgewandelt...
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Bashar schrieb:
Gregor schrieb:
Da alpha hier 90° ist, ist die Arbeit also 0.
Der Winkel gegen die Reibungskraft ist 180°.
Ich war von den klassischen idealen Modellen in Physikbüchern ausgegangen. Wenn da so ein Beispiel kommt, dann wird Reibung normalerweise vernachlässigt. In der realen Welt verliert man bei so einem Vorgang natürlich Energie. ...jede Menge Energie. Man leistet also in gewisser Weise Arbeit. Diese Energie kann später aber nicht weitergenutzt werden. Insofern ist die Frage, was man unter "Arbeit leisten" versteht.
