Informationen über die Begriffe Arbeit, Energie und Kraft …

… Formeln und Beispiele

Einführung

In der Mechanik gibt uns der Satz von der Energieerhaltung ein wirksames Hilfsmittel an die Hand, um die Bewegung von Körpern unter dem Einfluß mannigfaltiger Kräfte (bzw. Kraft)  zu berechnen. Energie ist notwendig, dass Vorgänge überhaupt ablaufen. Energie könnte sozusagen als Treibstoff für jeden Ablauf bezeichnet werden. Energie ist die Möglichkeit von irgendetwas (ein System) Arbeit zu verrichten.

Wenn ein System mechanisch Energie abgibt, so wird aus physikalischer Sicht Arbeit verrichtet. In diesem Artikel befassen wir uns Energie und Arbeit in der Mechanik. Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn ein System durch eine Kraft bewegt wird. Sie kann den Bewegungszustand (Richtung, Geschwindigkeit) eines Körpers verändern und einen Körper verformen.

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Arbeit

Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn ein Körper durch eine Kraft bewegt oder verformt wird. Eine Kraft, die auf einen Körper wirkt und ihn bewegt, verrichtet an diesem Körper Arbeit.

Das Formelzeichen für die Arbeit ist das “W”. Als Einheit wird Joule (J) bzw. NewtonMeter (Nm) verwendet. Dabei ist 1J = 1Nm. Die Arbeit berechnet sich aus Kraft mal Strecke. Arbeit hat die Dimension Kraft mal Weg. Es sieht dies wie folgt aus:

W = F*s

“W” ist die Arbeit in Joule bzw. NewtonMeter [J bzw. Nm]
“F” ist die Kraft in Newton [N]
“s” ist die Strecke in Meter [m]

Beispiel:
Ein Gegenstand wird mit einer Kraft von 10N eine Strecke von 200m geschoben. Wie viel Arbeit wird dabei verrichtet? Lösung: Arbeit = W = F*s = 10N * 200m = 2000Nm.

Energie

Die durch die Kraft F an einem Körper oder an einem System den Körpern verrichtete Arbeit vergrößert die Energie des Systems um den gleichen Betrag. Mit anderen Wörtern: Potentielle Energie ist die Energie, welche man aufbringen muss, um ein Objekt eine gewisse Höhe zu heben.

Potentielle Energie berechnen (mit dem Formel EPOT = m * g * h), wobei:
“EPOT” ist die potentielle Energie in Newton-Meter [Nm]
“m” ist die Masse des Körpers, der gehoben wird, in Kilogramm [kg]
“g” ist die Erdbeschleunigung, g = 9,81m/s2 [m/s2]
“h” ist die Höhe, um die das Objekt angehoben wird in Meter [m]

Beispiel: Wenn ein Stein aus 20 Meter Höhe herabfällt, hat er die doppelte Arbeitsfähigkeit wie bei 10 Meter Fallhöhe.

Kinetische Energie berechnen (mit dem Formel EKIN = 0,5 * m * v2), wobei:

EKIN ist die kinetische Energie in Newton-Meter [Nm]
“m” ist die Masse des Objektes in Kilogramm [kg]
“v” ist die Geschwindigkeit in Meter pro Sekunde [m/s]

Fährt beispielsweise ein Auto der Masse m = 1000 kg mit einer Geschwindigkeit von v = 100 km/h, hat es demzufolge eine kinetische Energie von EKIN = 0,5 * 1000 kg * (100 km/h)2 ≈ 0,5 * 1000 kg * (27,78 m/s)2 = 385800 J

Kraft

Kräfte sind die Ursachen für Änderungen des Bewegungszustandes eines Körpers. Wir erkennen stets das Wirken einer Kraft an einer Bewegungsänderung. Das Formelzeichen für die sie ist das “F”. Kräfte erkennt und beschreibt man anhand ihrer Wirkungen.

kraft

Formel Kraft ist F = m * a, wobei:

“F” ist die Kraft in Newton [N]
“m” ist die Masse des Körpers in Kilogramm [kg]
“a” ist die Beschleunigung in Meter pro Sekunde-Quadrat [m/s2 ]

Beispiel: Die Masse ist m = 30kg, die Beschleunigung ist a = 15m/s2 . Dann ist die Kraft F = 30kg * 15m/s 2 = 450N.

 

 

Quelle:
http://www.frustfrei-lernen.de
https://de.wikipedia.org

 

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