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Transkript Begriffe der Mechanik (Überblicksvideo)

Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle. Heute wollen wir aus dem Bereich Grundlagen wichtige Begriffe der Physik ansehen. Wir lernen heute:

Was ich mir unter Energie, Kraft, Arbeit, Leistung, Potenzial und Feld vorstellen kann am Beispiel der schiefen Ebene.   Dann wollen wir mal: Wir fangen gleich mal an mit dem, wie ich meine, allerschwierigsten Begriff, nämlich der Energie. Ich habe lange darüber nachgedacht, wie ich euch erklären kann, was Energie ist. Und nicht lachen, die beste Erklärung, die mir eingefallen ist, ist folgende:

Energie ist eine Größe, sich die Physiker ausgedacht haben, um Vorgänge zu beschreiben. Die Einheit der Energie ist 1J oder (1kg×m²)/s2. Das hilft uns bis jetzt aber alles noch nicht besonders weiter. Energie kann zwischen verschiedenen Energieformen hin- und hergewandelt werden, aber die Gesamtenergie bleibt erhalten. Das nennt man übrigens Energieerhaltungssatz. Wir wollen uns das Ganze einmal anhand eines Beispieles ansehen und zeichnen uns eine schiefe Ebene auf. Eine Kugel soll diese Ebene herunter rollen und wir machen zwei Schnappschüsse. Einen zum Zeitpunkt 1 und einen zum Zeitpunkt 2. Zum Zeitpunkt 1 ist die Kugel in der Höhe h über dem Boden. Zum Zeitpunkt 2 ist sie zwar auf dem Boden, dafür hat sie aber die Geschwindigkeit v. Und hier kommt die Energie ins Spiel. Der Physiker sagt, bei 1 hat die Kugel eine gewisse Höhenenergie. Durch das Herunterrollen von 1 zu 2 wird die Höhenenergie zu Bewegungsenergie. Da wir den Energieerhaltungssatz haben, können wir außerdem sagen: Die Kugel hat genauso viel Höhenenergie verloren, wie sie Bewegungsenergie gewonnen hat. Und dann kann man rechnen. Kurz gesagt haben wir in diesem Vorgang gesehen: Energie kann Arbeit verrichten. Was Arbeit ist, wollen wir uns gleich ansehen. Davor brauchen wir bloß noch einen anderen Begriff. Und zwar den, der Kraft. Die Kraft ist vielleicht der einfachste Begriff. Ihr kennt sie wahrscheinlich schon. Eine Kraft hat immer einen Betrag, was der Stärke der Kraft entspricht und eine Richtung. Die Einheit der Kraft ist 1N oder (1kg×m²)/s2. Die Kraft 1N kann also 1kg um 1m pro s2 beschleunigen. Das können wir uns gleich aufschreiben. Sie kann also einen Körper beschleunigen oder, der Vollständigkeit halber, auch verformen. Wir schauen uns das Ganze im Beispiel an: Unsere Kugel 1 wird beschleunigt. Aber warum? Der Grund ist: Auf sie wirkt die Schwerkraft, lila eingezeichnet mit FG abgekürzt. Da die Kugel auf einer schiefen Ebene liegt, teilen wir die Schwerkraft auf in zwei Teilkräfte. Die sogenannte Normalkraft FN braun eingezeichnet, die senkrecht zum Boden wirkt. Und die Hangabwärtskraft FHA, die grün eingezeichnet ist und parallel zur schiefen Ebene wirkt. Die Letztere ist es, die unsere Kugel beschleunigt. Eine wichtige Regel ist: Wirkt die Kraft entlang eines Weges s, wie es die Hangabtriebskraft auf dem Weg von 1 nach 2 macht, so kann sie Energie übertragen. Man sagt auch, sie verrichtet Arbeit. Aber was ist denn nun Arbeit? Wir gerade schon gehört: Wirkt eine Kraft entlang eines Weges, so nennt man dies Arbeit. Durch Arbeit kann Energie in eine andere Form gewandelt werden. Wie in unserem Fall von der Höhenenergie bei 1 in Bewegungsenergie bei 2. Die Einheit der Arbeit ist Kraft entlang eines Weges, also 1N×1m und das ist (1kg×m²)/s2 also 1J. Und das macht auch Sinn. Schließlich ist sie ja für den Energieübertrag zuständig. Wir schreiben uns noch kurz auf, was die Formel ist: W ist der Buchstabe für die Arbeit =F, die Kraft ×s, die Strecke. Der nächste Begriff, den wir uns ansehen wollen, ist die Leistung. Die Leistung gibt an, in welchem Maß ein System Arbeit verrichten kann. Sie ist der Quotient aus Energie und Zeit. Da sie der Quotient aus Energie und Zeit ist, ist die Einheit der Leistung 1J/1s und das bedeutet (1kg×m²)/s3. Man nennt dies auch 1W. Um zu verstehen, was die Leistung eines Systemes bedeuten kann, zeichnen wir einmal eine Zweite, die rote schiefe Ebene ein. Wir zeichnen auch hier die Aufteilung in die verschiedenen Kräfte auf und stellen fest: Die Hangabtriebskraft, also der grüne Pfeil, ist für Kugel 3 größer als Kugel 1. D. h. sie wird schneller beschleunigt oder sie kommt früher unten an. Anders gesagt ist unsere rote schiefe Ebene in der Lage, schneller Energie umzuwandeln, sie hat also eine höhere Leistungsfähigkeit. Wir merken uns: Je mehr Energie ein System pro Sekunde umwandeln kann, desto größer ist seine Leistung. Die Formel für die Leistung P eines Systemes = verrichtete Arbeit oder abgegebene Energie W/ die Zeit t. Der nächste Begriff, den wir uns ansehen wollen, ist das Potenzial. Das Potenzial, das ein Körper in einem Feld hat, beschreibt, wie viel Arbeit dieses Feld an ihm verrichten kann. Hm, sehr clever. Jetzt wissen wir natürlich gar nicht, was ein Feld ist. Ignoriert es erst mal kurz, das kommt gleich dazu. Schauen wir uns einfach erst mal wieder unser Beispiel an. Das Potenzial heißt also, wie viel Arbeit an einem Körper verrichtet werden kann. D. h. 3 hat ein höheres Potenzial als 1, es kann tiefer fallen. 1 hat ein höheres Potenzial als 2, es kann auch tiefer fallen. Wichtig ist, dass das Potenzial immer von einem Bezugspunkt abhängt. Dieser kann zum Beispiel in unendlicher Entfernung liegen. In diesem Fall hat das Potenzial einfach die Bedeutung des Unterschiedes in der Höhenenergie meiner beiden Kugeln.In diesem Fall hat das Potenzial einfach die Bedeutung des Unterschiedes in der Höhenenergie meiner beiden Kugeln.In diesem Fall hat das Potenzial einfach die Bedeutung des Unterschiedes in der Höhenenergie meiner beiden Kugeln. So, gleich geschafft. Auf zum letzten Begriff: das Feld. Das ist zum Glück eigentlich recht einfach. Ein Feld nennt man einen Bereich im Raum, in dem auf einen Körper eine Kraft wirkt. Kommt zum Beispiel ein Magnet nahe genug an einen zweiten Magnet, sodass eine Anziehung oder Abstoßung stattfindet, so sagt man, der Magnet ist im Feld eines anderen Magneten. Das einfachste Beispiel aber, das zudem noch der Grund für unsere Hangabtriebskraft ist, ist die Schwerkraft, die von der Erde ausgeht. Wir alle befinden uns zum Beispiel im Gravitationsfeld der Erde. Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben: - Die Energie hat man eingeführt, da durch Umwandlung zwischen verschiedenen Energieformen Vorgänge beschrieben werden können. - Kraft beschleunigt Körper und verrichtet entlang eines Weges Arbeit. - Arbeit wird nach der Formal Kraft×Weg berechnet und überträgt Energie - Leistung P=Arbeit/Zeit und gibt an, wie viel Arbeit ein System in einer gewissen Zeit verrichten kann - das Potenzial ist ein Maß dafür, wie viel Arbeit ein Feld an einem Körper verrichten kann - und ein Feld ist ein Bereich im Raum, in dem eine Kraft wirkt   So, das wars schon wieder für heute. Ich hoffe ich konnte euch helfen. Vielen Dank fürs Zuschauen, vielleicht bis zum nächsten Mal, euer Kalle.

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4 Kommentare
  1. Default

    Jedoch nur zum Teil verstanden, ich gucke andere Videos an, habe ich alle durch, dann melde ich mich nochmal, ob ich das nun begriffen habe, etwas sein Ziel verfehlt.

    Von Dw 69, vor fast 3 Jahren
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    vielen dank :D jetzt weiß ich entlich genau was Arbeit ist :D und der rest den ich eigentlich schon wusste hat sich jetzt richtig eingeprägt :)

    Von Antares93, vor mehr als 3 Jahren
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    cool

    Von Juliane202, vor mehr als 3 Jahren
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    SEHER GUT MUSS MAN SAGEN DANKE

    Von Ak Ag, vor mehr als 3 Jahren