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Mechanische Arbeit 05:01 min

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Transkript Mechanische Arbeit

Hallo und herzlich Willkommen. Wenn man eine große Feder auseinanderziehen will, ist das ganz schön anstrengend. Das liegt daran, dass man dabei viel mechanische Arbeit verrichtet. Um zu verstehen, was man darunter genau versteht, beschäftigen wir uns in diesem Video mit der mechanischen Arbeit. Dabei lernst du zuerst, wie mechanische Arbeit definiert ist. Danach zeige ich dir, wie man sie geschickt in Formeln ausdrückt und welche Einheit die Arbeit hat. Und abschließend lernst du dann noch, wie man aus einem Weg-Kraft-Diagramm die verrichtete Arbeit einfach ablesen kann. Und damit kann es auch schon losgehen. Ohne zu wissen, was eine Kraft ist, ist eine Definition der mechanischen Arbeit nicht möglich. Eine Kraft ist eine gerichtete Größe. Abgekürzt mit F. Sie wird symbolisiert mit einem Vektorpfeil, der ihre Richtung und ihren Angriffspunkt angibt. Zudem wird der Betrag angegeben. Zum Beispiel zehn Newton. Newton ist die Einheit der Kraft. Und damit können wir auch schon die mechanische Kraft definieren. Sie ist eine physikalische Größe zur Beschreibung eines Vorgangs, bei dem ein Körper durch eine Kraft verformt oder längs eines Weges s verschoben wird. Ein Beispiel ist eine Feder. Will man sie auseinanderziehen, so muss man Kraft auf sie ausüben, um sie zu verformen. Oder hebt man zum Beispiel ein Gewicht, so muss man mindestens die wirkende Gewichtskraft Fg überwinden. Verschiebt man es dazu noch entlang eines Weges, hier einfach nach oben, so hat man mechanische Arbeit verrichtet. Zieht man etwas über den Boden, so wirkt die Reibungskraft Fr der Zugkraft Fz entgegen. Die Zugkraft, die man aufwenden muss, um das Objekt zu verschieben, liegt natürlich entlang des Weges s, auf dem das Gewicht verschiebt. Also wurde hier mechanische Arbeit verrichtet. Um die verrichtete Arbeit in genau Zahlenwerten auszurechnen, reicht die eben gegebene Definition nicht aus. Man muss eine Formel formulieren. Daher weiß man, dass die Arbeit umso größer ist, je größer die Kraft und je länger der Weg ist. In Formeln ausgedrückt heißt das: Die verrichtete mechanische Arbeit W ist gleich der Kraft F mal dem Weg s (W=F * s). Die Einheit der mechanischen Arbeit ist die Einheit der Kraft „Newton“ mal der Einheit des Weges „Meter“. Diese Newtonmeter kann man als Joule schreiben. Es ist die gleiche Einheit. Dieses Gesetz gilt aber nur dann, wenn die Kraft konstant und parallel zum Weg ist. Das heißt, in die gleiche Richtung zeigt. Stehen Kraft und Weg senkrecht aufeinander, so ist die verrichtete Arbeit gleich null. Wenn du zum Beispiel ein Gewicht trägst und es dabei immer auf einer Höhe hältst, so stehen Weg und Kraft senkrecht aufeinander. Und es wird im physikalischen Sinn keine Arbeit verrichtet. Obwohl du dich anstrengen musst. In der Physik bedeutet Arbeit also etwas anderes, als in der Alltagssprache. Jetzt werde ich dir noch zeigen, wie man mechanische Arbeit in einem Weg-Kraft-Diagramm darstellt. Auf der x-Achse tragen wir den zurückgelegten Weg s in Metern, auf der y-Achse die Kraft F in Newton ein. Ist die Kraft über den gesamten Weg konstant, ergibt sich eine waagerechte Gerade. Die verrichtete mechanische Arbeit ist gleich der Fläche unter der Kurve im Weg-Kraft-Diagramm. In diesem Fall ist das ein einfaches Rechteck mit der Fläche F * s. Das ist die gleichen Formen, die wir eben schon hatten. Der Zusammenhang von Kraft und Weg wird also durch unser Diagramm bestätigt. Ist die Kraft nicht konstant, so ist die Berechnung der Fläche unter der Kurve komplizierter. Und es sind fortgeschrittene Methoden der Mathematik nötig. So, was hast du eben gelernt? Mechanische Arbeit ist eine physikalische Größe zur Beschreibung eines Vorgangs, bei dem ein Körper durch eine Kraft verformt oder längs eines Weges verschoben wird. Beispiele dafür sind die Verformung einer Feder oder das Heben eines Gewichtes. In Formeln ausgedrückt gilt: Die mechanische Arbeit W ist gleich der Kraft F mal dem Weg s. Die Einheit der Arbeit sind Newtonmeter oder Joule. Dieses Gesetz gilt allerdings nur, wenn Kraft und Weg in dieselbe Richtung zeigen. Um mechanische Arbeit in Diagrammen darzustellen, nutzt man Weg-Kraft-Diagramme. Dabei entspricht die Fläche unter der Kurve der verrichteten mechanischen Arbeit. Das war es auch schon zum Thema mechanische Arbeit. Ich hoffe, du hast etwas gelernt. Tschüss und bis zum nächsten Mal!

8 Kommentare
  1. Default

    Super Erklärt

    Von Keito B., vor 6 Tagen
  2. C8c7881a 7f51 4c0b b2a7 e11903b07d24

    Sehr gut erklärt!

    Von Philipp E., vor 3 Monaten
  3. Default

    sehr gut erklärt!

    Von Katja Eberlein, vor 10 Monaten
  4. Default

    Naja

    Von Daschner Immobilien, vor etwa einem Jahr
  5. Default

    Habe alles verstanden

    Von Jan G., vor mehr als 2 Jahren
  1. Default

    sehr gut gemacht, habe alles verstanden. Danke!

    Von Loewensteinaway, vor mehr als 3 Jahren
  2. Default

    Super erklärt!

    Von Kristyn Petri, vor etwa 4 Jahren
  3. Default

    gut! hat mir sehr geholfen

    Von S R Berlin, vor mehr als 4 Jahren
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