Ist jede physikalische/ mechanische Kraft eine (temporär transformierte) Energie?

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3 Antworten

Wie bereits gesagt wurde: Energie (=Arbeit) ist das Produkt aus Kraft mal Weg in Richtung der Kraft, verkürzt "Arbeit = Kraft*Weg"

Wenn Du beim Fahrrad auf das Pedal drückst, leistest Du noch keine Arbeit. Wenn sich aber das Pedal bewegt, weil das Fahrrad anrollt, dann leistest Du Arbeit. Da Du dabei senkrecht nach unten drückst, zählt nur die Bewegung des Pedals nach unten, Die wegen der Kreisform damit verbundene Bewegung nach vorne im oberen Bereich und nach hinten im unteren Bereich zählt nicht mit.
Wenn Du zum Beispiel eine kleine Lore auf Schienen in Richtung des Schienenverlaufs drückst, setzt sie sich in Bewegung, d.h. Du leistest Arbeit, die in Bewegungsenergie und Reibungswärme umgewandelt wird. Wenn Du aber die Lore senkrecht zur Gleisrichtung drückst, tut sich nichts. Deine Kraft ist zwar die selbe, aber es findet keine Bewegung in Kraftrichtung statt.

180Grad 02.07.2017, 18:00

Hey Du,

auch Dir erstmal ein Dankeschön!

Aber ist denn jede Energie= Kraft x Weg?

Oder ist das in der Elektronik anders als in der Mechanik, als in der hydraulik, als in der Biologie?

Man speichert ja auch Energie.

Man sammelt Energie, z.B. in Form von Brennholz.

Oder bin ich da total auf dem Holzweg?

Magst du mir verraten, wie du Energie definierst und wie Kraft? und wie du diese voneinander abgrenzt?

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HEWKLDOe 02.07.2017, 19:50
@180Grad

Energie = Arbeit = Arbeitsvermögen ist ein Sammelbegriff für ganz verschiedene Energieformen. Bei ruhender (gespeicherter) Energie spricht man meist von Energie oder von Arbeitsvermögen. Wenn Energie von einer Form in eine andere Form umgewandelt wird, spricht man meist von Arbeit. Für alle Energiearten gibt es die physikalische Einheit J = Joule (= kg*(m/s)² = Nm = 0,102 kpm = 0,0000002778 kWh = 0,239 cal).

Kraft ist eher ein abgeleiteter Begriff: Kraft = Masse mal Beschleunigung. Den Begriff gibt es nur in der Mechanik. Wenn ein Körper seine Geschwindigkeit und/oder seine Bewegungsrichtung ändert, dann ist die Ursache dafür eine Kraft. Auf uns hier an der Erdoberfläche wirkt z.B. dauernd die Gravitationskraft der Erde. Wenn wir im Schwimmbad (damit es nicht tödlich wird) einen Schritt über das Ende des Sprungbretts hinausgehen, wirkt wie vorher auch die Gravitationskraft (=Gewichtskraft G = mg  mit m = Körpermasse in kg und g= 9,81m/s²), während die Gegenkraft durch unsere Füße, die sich vorher gegen den Untergrund gestemmt haben, wegfällt. Ab jetzt wirkt nur noch die Gewichtskraft und beschleunigt uns nach unten. Nach der Formel Kraft ist Masse mal Beschleunigung( F = a*m), in diesem Fall also Gewichtskraft G = g*m oder mg, wird unser Körper mit der Kraft seines Gewichts  nach unten beschleunigt und hat dadurch z.B. nach einer Sekunde freien Falls die Geschwindigkeit v = gt = 9,81(m/s²)*1s = 9,81 m/s = 35,3 km/h. Er hat dann den Weg s = 0,5*g*t² = 4,9 m zurückgelegt und inzwischen (mit m=70kg)  die Bewegungsenergie
Q = 0,5*m*v² = 0,5*70kg*(9,81m/s)² = 3368 kg*m²/s² = 3368 J (= 0,0000077 kWh = 805 cal) "eingesammelt", die er dann beim Eintauchen ins Wasser als Bewegungs- und Wärmeenergie an das Wasser abgibt.

Es gibt gespeicherte Energie in Holz, Kohle, Heizöl, Gas usw., die man auch als Chemische Energie bezeichnet, die man z.B. beim Verbrennen in Wärmeenergie umwandeln kann. Es gibt auch die Chemische Energie in Elektro-Batterien, die beim Einsatz in Elektrische Energie umgewandelt wird. Diese Elektrische Energie ist festgelegt als Spannung mal Strom mal Zeit. Auch Lageenergie (potentielle Energie) ist eine gespeicherte Energie. Z.B. hat das Wasser im Stausee oberhalb des Wasserkraftwerks die Energie: Masse mal Erdbeschleunigung (g=9,81 m/s²) mal Höhenunterschied (= Gewichtskraft mal Höhenunterschied).
Auch in der Bewegung eines Körpers ist Energie (Bewegungsenergie) gespeichert. Sie wird berechnet aus dem Produkt (1/2) mal Masse (des Körpers) mal (Geschwindigkeit)².

Darüber hinaus gibt es noch weitere Energieformen. Wegen dieser unterschiedlichen Energieformen ist der Begriff "Energie" etwas schwer zu erfassen. Am besten denkt man sich dafür "Arbeitsvermögen", also die Fähigkeit eine Arbeit zu leisten. Beim Leisten dieser Arbeit geht aber keine Energie verloren, sondern sie wird nur in eine andere Energieform umgesetzt. Am Ende solcher Umsetzungen steht letztlich die Wärmeenergie. Diese kann man nur noch nutzen, wenn ein Körper mit niedrigerer Temperatur als die des Wärmeenergieträgers zur Verfügung steht.

 

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HEWKLDOe 02.07.2017, 18:09

Bei solchen Überlegungen wird nur die Arbeit berücksichtigt, die an Gegenständen außerhalb des Körpers abgegeben wird.

Die im eigenen Körper zu verrichtende Arbeit, um z.B. "nur" einen schweren Gegenstand (Eimer Wasser) im Ruhezustand zu halten (keine nach außen abgegebene Energie!) wird nicht berücksichtigt und ist auch kaum zu berechnen. Sie geht aber dennoch in die Energiebilanz ein. Wenn ich etwa am Tag 50 Eimer Wasser in den Garten zum Gießen trage, dann muss ich danach etwas mehr essen als normal, um meine innere Energiebilanz aufrecht zu erhalten. 

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180Grad 02.07.2017, 20:49
@HEWKLDOe

Hey Du,

ganz lieben Dank für deine Mühe und die Erläuterungen!

Du hast mir sehr geholfen!

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Du wirfst die Begriffe "Kraft" und "Energie" durcheinander. In der Umgangssprache sagt man häufig "Kraft", obwohl man "Energie" meint.

Es gilt E=F*s; Energie = Kraft * Weg. (Der Weg muss dabei in die gleiche Richtung zeigen, wie die Kraft.)

Wenn du also z.B. mit einer Kraft von 10 N an einem Seil ziehst, das an einem Steinblock befestigt ist, setzt du dabei keine Energie um. Erst wenn du den Block ein Stück weit über den Boden ziehst, gibst du Energie ab.

In der Praxis ist es aber natürlich so, dass es anstrengend ist, z.B. eine Hantel festzuhalten, obwohl sie ihre Höhe über dem Boden nicht verändert, also keine Strecke zurücklegt und somit auch keine Energie umgesetzt wird.

Das ist aber eher ein biologisches Problem. Du könntest die Hantel ja auch an einem Seil über dem Boden anbinden. Für das Seil wäre es sicher nicht "anstrengend", die Hantel zu halten.

180Grad 02.07.2017, 17:50

Hey Du, erstmal Danke für Deine Antwort.
Aber ich raff es nicht und wäre Dir dankbar, wenn du mir das noch mal genauer erklären könntest.

Wenn ich mit 10 N an einem Seil ziehe, setze ich doch eigentlich doch Energie um, oder? Zwar verschwindend gering aber ich setze sie doch um, für diesen geringen Kraftaufwand und zwar spanne ich das Seil,m dass sich danach wieder entspannt- die Energie ist also in dem Seil gespeichert und wandelt sich danach in "andere" Energie- z.B. thermische durch die geringe Reibung.

Und das mit der Hantel: Da ist doch die Energie dann in der Hantel gespeichert. Aufgeladen wurde sie, durch das Anheben.

Beim Halten wird thermische Energie freigesetzt.

Die Anhebeenergie wird frei, wenn ich die HAntel fallen lasse oder das Seil kappe.

Mit der Kraft wird z.B. beim Runterfallen der Boden verformt, es entsteht Schall(wellen) und zudem z.B. Reibungsenergie.

Oder nicht?

Kannst du mir in einfachen Worten definieren was für dich

Kraft und was

Energie ist.

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Comment0815 02.07.2017, 20:07
@180Grad

Ich versuche deine Fragen noch näher zu beantworten.

Mit dem Seil bin ich natürlich von einem "physikalisch idealen Seil" ausgegangen. Es ist also nicht elastisch und hat keine Masse. Wenn du dann an diesem idealen Seil ziehst und der Steinblock sich nicht bewegt, obwohl du eine Kraft aufbringst, setzt du keine Energie um.

Und beim Beispiel mit der Hantel ging es mir nicht um das Anheben. Dabei gibst du natürlich Energie an die Hantel (in Form von Lage-/Höhenenergie), die beim Runterfallen in unterschiedlicher Form wieder frei wird, wie du schreibst (Deformation, Schall, ...). Beim reinen Halten durch ein (ideales) Seil wird aber keine Energie frei. Denn es zieht zwar eine Kraft (die Gravitation) an der Hantel, es da sich die Hantel aber nicht in Richtung dieser Kraft bewegt, wird keine Energie umgesetzt.

Wenn ein Mensch die Hantel lange Zeit halten muss, wird ihm natürlich warm und dadurch wird doch auf eine Weise Energie frei. Das ist aber kein physikalisches, sondern eher ein biologisches Problem.

Und übrigens: Den Begriff "Stärke", den du in deiner Frage verwendest gibt es in der Physik nicht, soweit ich weiß. Höchstens in zusammengesetzten Wörtern wie z.B. "Stromstärke". Ansonsten ist "Stärke" reine Umgangssprache und lässt sich vielleicht als "die Fähigkeit eine Kraft aufzubringen" übersetzen.

Ich hoffe, ich konnte weitere Klarheiten beseitigen. ;-P

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Nein und noch einmal nein. Kraft ist keine Energie!! Kraft = Energie/Weg

Eine Energieform lässt sich in andere Energieformen umwandeln,
aber niemals in Kraft! Und Kraft lässt sich auch nicht in Energie wandeln!

Comment0815 02.07.2017, 20:09

Oh, da scheint es alte Wunden bei dir zu geben...

Aber in der Sache hast du natürlich Recht. Leider schmeißt der Volksmund das gerne durcheinander. Ähnlich wie das Wort "Strom" das einfach für viele verschiedene elektrische Größen und Phänomene synonym verwendet wird.

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dompfeifer 02.07.2017, 20:33
@Comment0815

Das Wort "Strom" klingt ja schon echt sachverständig. Meistens heißt das hier "Amperezahl" und wird als Kernmerkmal von Stromquellen verstanden.

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180Grad 02.07.2017, 20:53
@dompfeifer

Äh... ich bin doch hier in einem Frageforum, oder? Oder hab ich mich wieder letzte Nacht auf nen anderen Planeten gebeamt?

Meine Güte, ich will doch nur was lernen.

Schau mal... bei den anderen habe ich ganz ohne Druck echt was dazu gelernt!

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Comment0815 03.07.2017, 08:31
@180Grad

Ja, du bist hier schon richtig. Und der dompfeifer gibt meistens ziemlich gute Antworten. Ich glaub nicht, dass das böse gemeint und gegen dich gerichtet war.

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dompfeifer 03.07.2017, 11:11
@Comment0815

Entschuldige hier meine Ungeduld. Ich hatte gerade vorher eine ähnliche Frage des Fragestellers bearbeitet uns sah dann den alten Fehler in neuer Gestalt noch mehrmals wiederholt. Da wurde ich überdeutlich.

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