Physik -> Arbeit von Federn
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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.
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Gregor schrieb:
Bashar schrieb:
Der Winkel gegen die Reibungskraft ist 180°.
Ich war von den klassischen idealen Modellen in Physikbüchern ausgegangen.
Schon klar, aber in dem Posting, auf das du geantwortet hast, war schon spekuliert worden, dass die Arbeit, die dabei verrichtet wird, in Reibungswärme umgesetzt wird.
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Nein, das hast Du falsch in Deinem Physikbuch gelesen.
Zitat aus dem Physikbuch:
Wie gross ist die Arbeit, die an einem Koffer verrichtet wird, wenn auf ihn eine konstante Kraft von 50 N wirkt und er dadurch um 2.5 m verschoben wird? Der Koffer wird parallel zur Kraft verschoben.
Lösung aus dem Physikbuch:
W = F * s * cos(a) = 50N * 2.5m * cos(0) = 125J
Ich nehme mal an, dass die Gleitreibungskraft 50N beträgt und dadurch eine Wärmeenergie von E(Q) von 125J entsteht? Ansonsten würde ich nun gar nichts mehr verstehen?!
Die nächste Aufgabe:
Berechnen Sie, wie gross die Arbeit ist, die an einem 15kg schweren Koffer verrichtet wird.
a) Der Koffer wird auf einem horizontalen 100m langen Förderband transportiert.
Zu dieser Aufgabe habe ich leider keine Lösung, aber vermute mal foldendes:
Aufgrund der Tatsache, dass der Koffer auf einem Förderband liegt, entsteht während dem Transport keine Gleitreibung und somit haben wir nur noch die zum Gravitationszentrum wirkende Gewichtskraft F(g).
W = m*g*s*cos(90°) = 15kg*9.81m/s^2*100m*cos(90°) = 0 Joule => weil cos(90°) = 0
Fazit, es wird keine Arbeit verrichtet?!Ist das so nun korrekt?
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Bashar schrieb:
Schon klar, aber in dem Posting, auf das du geantwortet hast, war schon spekuliert worden, dass die Arbeit, die dabei verrichtet wird, in Reibungswärme umgesetzt wird.
Hatte ich ehrlich gesagt erst im Nachhinein gemerkt. ...ich sollte die Beiträge vielleicht ganz lesen, bevor ich antworte.
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Ishildur schrieb:
Ich nehme mal an, dass die Gleitreibungskraft 50N beträgt und dadurch eine Wärmeenergie von E(Q) von 125J entsteht? Ansonsten würde ich nun gar nichts mehr verstehen?!
Ja, das ist wohl so zu verstehen.
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Ishildur schrieb:
Ich nehme mal an, dass die Gleitreibungskraft 50N beträgt und dadurch eine Wärmeenergie von E(Q) von 125J entsteht? Ansonsten würde ich nun gar nichts mehr verstehen?!
Ja, das ist korrekt. Es ist allerdings unerheblich, wie eine Gegenkraft aufgewendet wird (hier durch irgendeine Art von Reibung).
Berechnen Sie, wie gross die Arbeit ist, die an einem 15kg schweren Koffer verrichtet wird.
a) Der Koffer wird auf einem horizontalen 100m langen Förderband transportiert.
Zu dieser Aufgabe habe ich leider keine Lösung, aber vermute mal foldendes:
W = m*g*s*cos(90°) = 15kg*9.81m/s^2*100m*cos(90°) = 0 Joule => weil cos(90°) = 0
Fazit, es wird keine Arbeit verrichtet?!Ist das so nun korrekt?
Nein, also hier hat der Koffer nachher mehr Energie als vorher (Potentielle Energie, die du z.B. durch fallen lassen in kinetische Energie umwandeln könntest.
Wieso trägst du als Winkel 90 Grad ein? Du übst die Kraft doch direkt senkrecht nach oben aus, also sind es wieder 0 Grad.
Ahso, und bevor jetzt jemand damit kommt: Hierbei kommt es nicht darauf an, wie du die Kraft richtest, sondern, wie sie auf den Körper gerichtet ist, denn es gibt Systeme, die die Kraft umlenken (wie z.B. ein Flaschenzug, wo du nach unten ziehst, aber die resultierende Kraft auf den Körper nach oben geht).
