Wieso ist dieses Beispiel keine Physikalische Arbeit?
Hallo, ich löse aktuell Aufgaben für Physik und kann mir keinen Reim daraus machen, wieso in den Lösungen steht, dass unten genanntes Beispiel KEINE Arbeit darstellt:
"Der Fahrgast trägt seinen Koffer zum Zug."
In der Lösung heißt es, dass allein das Tragen eines Gegenstandes im physikalischen Sinn keine Arbeit darstellt obwohl es körperlich anstrengend ist.
Nur wird der Koffer doch mit dem Aufwand von Kraft auf einer Strecke bewegt, also sind doch die Kriterien erfüllt (Fxs)?
Vielleicht kann mich ja jemand erleuchten, die von mir gegoogelten Erklärungen im Internet sind alle blöd zu verstehen für nicht so ganz Physikaffine Menschen wie mich.
LG
4 Antworten
Eine weitere Ergänzung: Du könntest den Koffer auf einen supergleitfähigen Wagen stellen und ohne Kraft dahinschieben. Der Wagen leistet dann keine Arbeit.
Würde allerdings ein Höhenunterschied bewältigt oder es wäre doch Reibung im Spiel müsstest du Arbeit aufbringen.
Arbeit ist Kraft in Wegrichtung mal Weg.
Das merkwürdige Herumgeeiere macht man, damit Ansätze mit Energiebilanz funktionieren.
Wenn deine Betrachtung mit einem stehenden Taschenträger beginnt hast du recht. Es wird Beschleunigungsarbeit verrichtet, da ja in Wegrichtung eine Kraft ausgeübt wird. Diese Arbeit sitzt als kinetische Energie in der Tasche. Auch hier würde Reibungsarbeit nicht berücksichtigt (Luftwiderstand) Die wird in Wärme umgesetzt.
Danke Dir für den Hinweis, die Sinnfrage mit der Beschleunigung hat mich tatsächlich noch bis jetzt ziemlich beschäftigt. Hatte Probleme zu verstehen, wieso ich in diesem Beispiel einen Koffer tragen kann und diesen beschleunige aber es keine Arbeit darstellt aber gleichzeitig ein beschleunigendes Auto (Beschleunigungs) Arbeit verrichtet.
Mein Dozent hat mir dann noch gesagt dass es nur Arbeit darstellt wenn es entgegen der Erdanziehungskraft wirkt, was mich natürlich noch zusätzlich komplett verwirrt hat. So richtig erklären wieso konnte er es mir dann auch nicht mehr. Zum Glück gibt es euch 😄
In der Physik macht man immer wieder Vernachlässigungen.
Um es genau zu nehmen:
- Arbeit ist es immer nur dann, wenn Kraft und Weg in die gleiche Richtung weisen (Skalarprodukt der Vektoren Kraft und Weg).
- Das horizontale Tragen eines Koffers mit konstanter Geschwindigkeit ist physikalisch deshalb keine Arbeit, weil die Haltekraft senkrecht gerichtet ist (Skalarprodukt ist null, weil COS(90 Grad)=0 ist).
- Hingegen ist das vertikale Anheben des Koffers vom Boden auf Traghöhe Arbeit.
- Auch das horizontale Beschleunigen aus dem Stillstand in Marschrichtung auf die konstante Tragegeschwindigkeit ist Arbeit.
- Und ebenfalls das horizontale Abbremsen und das Abstellen des Koffers ist Arbeit. Vektoriell gerechnet ist das beides "negative" Arbeit, also es wird Energie frei. Meist nützt das einer koffertragenden Person aber nichts, weil beides biologisch gesehen halt immer noch anstrengend ist.
Vielen vielen Dank für das zusätzliche Erläutern, hat mir sehr geholfen! Jetzt habe ich damit gar keine Probleme mehr und ausnahmslos alle Fragen wurden ausgeräumt!
Das liegt daran, dass du am Koffer selber keine Arbeit verrichtest. Im Vergleich zu dir selber bleibt er an konstanter Stelle. Zumindest, wenn der Luftwiderstand nicht beachtet wird. Hebst du den Koffer jedoch an, dann verrichtest du Arbeit. In die Bewegungsrichtung von dir übst du logischerweise keine Kraft auf den Koffer aus, sonst würde er sich immer mehr von dir entfernen.
Hebst du den Koffer jedoch an, oder bewegst ihn nach vorn, ohne dich selber zu bewegen, dann verrichtest du Arbeit.
Das stimmt nicht. Bleibt er auf der gleichen Höhe (und hat somit gleiche potentielle Energie) wird keine Arbeit verrichtet.
Stimmt! Du hast vollkommen Recht. Ich habe mich selber gekontert. Die Kraft wird lediglich im Körper verrichtet.
Nur wird der Koffer doch mit dem Aufwand von Kraft auf einer Strecke bewegt, also sind doch die Kriterien erfüllt (Fxs)?
Die sind in dem Beispiel gerade nicht erfüllt. Die Formel Arbeit = Kraft mal Weg gilt nur für den Anteil der Kraft, der in Richtung des Weges wirkt. Trage ich einen Koffer, so übe ich eine Kraft "nach oben" aus, also in vertikale Richtung. Der Weg ist aber horizontal und damit senkrecht zur Kraftrichtung. Insgesamt wirkt - in diesem sehr theoretisch präparierten Bild - keine Kraft in Bewegungsrichtung und damit ist die physikalische Arbeit gleich null.
Ich weiß nun nicht, wie weit Du schulisch bist, dennoch: Mathematisch sind Kraft und Weg Vektoren und die Gleichung lautet eigentlich
und wenn α=90° ist, dann ist cos(α)=0 und damit die Arbeit gleich null.
Deine Formel gilt nur für konstante Kraft über den Weg, sonst wird abintegriert. So oder so wird im Integranden das Skalarprodukt aus infinitesimaler Weg und Kraft gleich Null, wenn beide orthogonal zueinander sind!
Mann ja, nächstens schreib' ich ein Lehrbuch hier. Unglaublich! Der Fragesteller hat keinen blassen Dunst, warum das keine Arbeit ist und Du musst dann Deinen Senf von wegen Integration dazu geben. Die Klugscheißerei hilft dem/der FS jetzt auch nicht weiter.
Danke für deine Hilfe! Du hast mir geholfen dabei, dass ich jetzt ein wenig mehr Dunst davon habe warum das keine Arbeit ist!
Nicht ärgern lassen und hab ein schönes Wochenende!
Jetzt verstehe ich das Ganze schon mehr. Nun frage ich mich, wenn ein Auto beschleunigt, ist das doch auch (Beschleunigungs)Arbeit, oder nicht? Würde ich nicht das Gleiche mit der Tasche machen, sie "Beschleunigen"?