Mechanische Arbeit wann wird sie verrichtet?
Hallo,
ich habe folgende Frage zur mechanische Arbeit:
Angenommen ich hebe einen Gegenstand um 1 Meter und halte ihn für 2 Minuten in dieser Position, gilt dann auch das Halten des Gegenstands als Ausführung von mechanischer Arbeit?
Die Frage hört sich erstmal dumm an, weil viele sofort bejahen würden, aber es gilt W=F*s.
Danke im vorraus.
4 Antworten
gilt dann auch das Halten des Gegenstands als Ausführung von mechanischer Arbeit?
Ob etwas "gilt", d.h., ob jemand es gelten läßt, und wieso, ist eine psychologische Frage. Sie hat damit zu tun, welche Teile des physikalischen Vorgangs man in die Überlegung einbezieht und welche man ausblendet, oder gar nicht kennt.
aber es gilt W=F*s.
Das Wort "aber" drückt hier aus, daß man einen Widerspruch wahrnimmt. Der entsteht bei diesem Thema deshalb im Kopf, weil zwar jeder die Anstrengung des Haltens selbst erlebt hat, aber es traditionell üblich ist, die Muskeln per Tunnelblick aus der physikalischen Modellvorstellung auszublenden und allenfalls zu behaupten, daß ihre Arbeit, wenn sie auf stillstehende Körper Kraft ausüben, "keine Arbeit im physikalischen Sinne" sei.
Auch wer einen hochgehobenen Gegenstand in dieser Position hält, verrichtet "Arbeit im physikalischen Sinne" – nur halt nicht an dem Gegenstand, sondern an den Motorproteinen in den Muskelfasern, die auch bei statischer, isometrischer Anspannung periodisch abwechselnd aneinander entlang klettern und auch dabei W=F*s verrichten. Hinter der gefühlten Anstrengung steht ja nicht ohne Grund ein meßbarer physiologischer Energieumsatz. Ich wünschte, dieser Zusammenhang würde endlich auch im Schulunterricht erklärt.
Mehr darüber hier:
https://www.gutefrage.net/frage/verwechslung-von-kraft-und-energie#answer-123650510
Arbeit ergibt sich physikalisch aus Weg mal Kraft, somit gilt das Anheben als Arbeit. Das Halten benötigt zwar Muskelkraft, gilt aber nicht als Arbeit, weil der Weg fehlt. Der Gegenstand könnte genau so gut auf irgend einer Unterlage liegen.
Das Halten ist physikalisch keine Arbeit. Dein Muskel ermüdet aber trotzdem. Warum ist das so? Der Grund liegt darin, wie unsere Muskulatur funktioniert. Der Arm rastet ja nicht auf der Höhe ein, sondern der Muskel muß halten. Das tut er, indem er ständig ein wenig kontrahiert und entspannt. Es findet also tatsächlich eine fortwährende Bewegung statt. Gelegentlich nimmt man das sogar als eine Art Summen des Muskels war. Aus diesem Grund verrichtet der Muskel auch beim Halten Arbeit.
Absolut richtig! Leider funktioniert die Rekuperation bei unseren Muskeln nicht...
Aus diesem Grund verrichtet der Muskel auch beim Halten Arbeit.
Und diese Arbeit ist ebenso physikalisch wie die, die er beim Heben verrichtet.
Im menschlichen Sinn gilt auch das Halten das als Arbeit (völlig verständlich), aber die Physik sieht die Arbeit anders. Nämlich so, wie du "aber es gilt W=F*s.". Du kannst auch einen Körper auf einem Tisch liegen lassen, das entspräche dem Halten mit der Hand. Es wird auch keine Arbeit verrichtet.
Wobei deine Annahme des Weges eine Vereinfachung ist, denn auch das Schwerefeld käme hinzu: https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/energie-und-arbeit-im-gravitationsfeld
Danke, an diese winzigen Muskelkontraktionen habe ich nicht gedacht.
"Aus diesem Grund verrichtet der Muskel auch beim Halten Arbeit."
Wenn der Arm das Objekt hochhebt, dann ja. Wenn er es absinken lässt, hat das Objekt weniger potentielle Energie. Könntest du diese zu 100% zurückgewinnen, dann würde auch in dieser Situation aus Sicht der Physik keine Arbeit verrichtet. Das wäre ein Nullsummenspiel, wenn da nicht die Realität wäre.
(Es gibt nichts schöneres, als ab und an mal Erbsen zu zählen. ;-) )