Mechanische Arbeit und Energie?
Kurze Frage: Wenn ich einen Gegenstand in einer bestimmten Höhe um einen bestimmten Weg verändere, also um z.B. 5m trage, verrichte ich dann mechanische Arbeit? Ich denke nicht, da ja die potenzielle Energie unverändert bleibt (gibt es hier noch eine alternative Erklärung?).
Zwischenzeitlich verrichte ich jedoch kinetische Energie, diese schwindet aber wieder, wenn ich den Gegenstand 5m weit getragen habe und wieder im Stillstand in der gleichen Höhe halte, oder? Energie ist aber nicht Dasselbe wie Arbeit, oder?
5 Antworten
Das sind typische Fallstrick-Schulaufgaben.
- im physikalisch-mathematischen Sinn wird nur dann Arbeit verrichtet, wenn Kraft und Weg parallel verlaufen
- Etwas horizontal zu tragen verrichtet also keine Arbeit an diesem Objekt im idealen, engeren physikalischen Sinn.
- Wie du erkannt hast, muss aber das Ding auch beim horizontalen Verschieben beschleunigt werden. Das braucht Arbeit. Aber beim Abbremsen kommt diese Arbeit (wieder eng physikalisch betrachtet) wieder zurück, so dass im Gesamten keine Arbeit nötig war.
- natürlich stimmt auch das in der Realität nie, weil man ja noch Luftwiderstand hat, und ausserdem nie die ganze aufgewendete Arbeit zurückbekommt.
Energie tut man nicht "verrichten" (nur Arbeit).
Energie beschreibt eher einen Zustand.
Arbeit ist der Prozess, bei dem eine Energieform in eine andere umgewandelt wird.
Aber die aufgewendete Energie ist gleich der verrichteten Arbeit und ist gleich der Veränderung der Energie des Systems.
Völlig richtig: beim Tragen in gleicher Höhe wird keine Arbeit verrichtet. Arbeit ist immer mit Änderung von Energie verbunden.
Du verrichtest aber keine kinetische Energie, sondern Beschleunigungsarbeit. Damit erhöst du zu Beginn die kinetische energie und änderst sie zum Schluss auf Null.
Man darf auf keinen Fall den physikalischen Begriff Arbeit mit dem üblichen Arbeitsbegriff verwechseln. Dummerweise sind das zwei verschiedene Sachen, die mit dem gleichen Begriff bezeichnet werden.
Physikalisch sind die Einwände korrekt. Wer vom LKW auf den Boden springt, verrichtet negative Arbeit. Geistige Arbeit ist von physikalischer Arbeit noch weiter entfernt.
Es wird doch trotzdem immer Arbeit verrichtet, vor allem Reibung überwunden. Die Arbeit wird nicht am Transportgut verrichtet, aber doch an dem, der es transportiert. Die Reibungsverluste bekommst du ja nicht zurück.
Diese Energie heißt dann entwertete Energie, da sie für uns wertlos geworden ist.
Die damit erreichte Transportleistung ist doch aber im besten Falle nicht wertlos.
Damit vermeide ich weitere Reibungsverluste, weil ich mich nicht zu dem Gut hinbewegen muss.
Genau, du hast das richtig erkannt ^^
Arbeit ist das Integral der Kraft über den Weg, oder einfacher und geläufiger: Kraft × Weg.
Wenn du einen Körper 5m anhebst, dann bewegst du ihn 5m gegen die Gravitationskraft.
Wenn du einen Körper aber nur auf einer Höhe bewegst und Reibung vernachlässigst, dann ist die Kraft gegen die Bewegungsrichtung 0 und damit auch die insgesamt verrichtete Arbeit.
Tatsächlich musst du zur Beschleunigung des Körpers erst etwas Arbeit zuführen, kannst aber beim Bremsen des Körpers genau diese Arbeit wieder zurückgewinnen. Wenn du dir vorstellst, dass du den Körper gaaaanz langsam bewegst, kommst du auch irgendwann an, aber die verwendete Arbeit zum Beschleunigen ist quasi 0.
Kann ich mir, als Laie, nicht vorstellen.
Du überwindest Reibungsmomente, dafür setzt du irgend eine Energie in thermische Energie um. Damit ändert sich zwar nicht die statische oder potentielle Energie des Transportgutes, jedoch deine eigene.
Die horizontale Verschiebung eines Körpers an sich kostet keinen Arbeitsaufwand. In der Praxis ist die Verschiebung aber meistens mit der Überwindung von Reibung verbunden (z.B. Rollreibung oder Gleitreibung). Und das ist dann mit Arbeit verbunden. Dabei wird ja Reibungswärme erzeugt. Auch das Laufen ist mit körperlichen Reibungen verbunden.
Um bei der Ortsveränderung den Körper auf seine Geschwindigkeit zu bringen, wird Beschleunigungs-Arbeit aufgewandt, die gleiche Arbeit wird noch einmal zum Abbremsen aufgewandt.
".... verrichte ich jedoch kinetische Energie, diese schwindet aber wieder"
Auf keinen Fall. Energie verschwindet nie! Und die Unterscheidung von Arbeit und Energie ergibt dabei auch keinen Sinn, der Betrag ist immer gleich.
Das heißt, einer der Kartoffelsäcke vom LKW in ein gleich hohes Regal schleppt, ist eigentlich kein Arbeiter sondern nur ein Faulpelz mit Hitzeemission?
Und wenn er sie vom LKW auf den Boden wirft, müsste der Chef noch Lohn von ihm zurückerhalten, weil er negative Arbeit verrichtet?