Reibungsarbeit?
Auf dem Boden liegt ein Stein und ich schiebe ihn mit konstanter Geschwindigkeit über den Boden verrichte ich ja eigl keine Arbeit aber der Boden erwärmt sich ja durch Reibung d.h. Da wird Energie umgewandelt verrichte ich dann doch Arbeit?
8 Antworten
Du machst ein ziemliches Wirrwarr.
- Kraft allein entscheidet nie, ob Arbeit verrichtet wird oder nicht! Simples Beispiel: Ein Bild zieht an einem Nagel nach unten, der Nagel hält das Bild mit der gleichen Kraft nach oben in Ruhe, aber hierbei wird keine Arbeit verrichtet!
- Umgekehrt bedeutet ein Kräftegleichgewicht nicht zwingend, dass keine Arbeit verrichtet wird.
- Arbeit wird immer dann verrichtet, wenn Energieformen umgewandelt werden, egal wie die Kräfteverhältnisse sind.
- In deinem Beispiel mit dem gezogenen Stein: Beim konstanten Ziehen gegen die Reibung herrscht zwar Kräftegleichgewicht, aber es wird dennoch Arbeit verrichtet. Man setzt eine Kraft ein entlang eines Wegs, und die entsprechende Arbeit ist definiert als Kraft mal Weg. Vektoriell gesehen - Kraft in gleicher Richtung wie die Bewegung. Verschiebungsarbeit. Genau wie bei deiner Ladung im elektrischen Feld oder bei deinem Fallschirmspringer.
- Beim Anschieben des Steins kommt ein kleines Stück Beschleunigungsarbeit hinzu.
- Und wenn das Ziehen aufhört, dann verrichtet die Reibung kurz etwas Bremsarbeit.
Nein, warum sollte die Arbeit null sein? Und was meinst du mit "insgesamt"? Du wendest Energie(Arbeit) auf, um den Stein zu verschieben, diese Energie geht in Erwärmung des Steins und der Unterlage über.
Ich meine die insgesamt verrichtete Arbeit am Stein ist am Ende null zu Beginn hat er keine enegrie durch mein verschieben bekommt er durch Arbeit kinetische Energie und am Ende wird er gebremst er hat dann keine „Energie“ mehr die steckt dann im Boden
Also:
- Die Beschleunigungsarbeit kann man theoretisch (praktisch zu nie ganz 100%) als Bremsarbeit zurückgewinnen, dann wäre diese Arbeit "insgesamt" null. Das gilt aber nur ohne Reibung!
- Mit Reibung braucht schon das Beschlenigen mehr Arbeit "als nötig", es entstehtWärme. Das Halten der Geschwindigkeit braucht nur "sinnlosen" Aufwand oder eben Arbeit, die zu 100% als Wärme "verloren" geht, und auch die Bremsarbeit wird dann von der Reibung geleistet, ist also ebenfalls als Wärme "verloren". Mit Reibung ist die Arbeit also "insgesamt" weit weg von null.
Ok das verstehe ich.
Warum wird bei einer Kreisbewegung dann zb keine Arbeit verrichtet? Weil damit ein Gerät welches zb ja eine Kreisbewegung hervorruft (Karussell) braucht es Strom aber Kraft und weg stehen senkrecht aufeinander
Deshalb keine Arbeit aber warum wird keine Arbeit verrichtet wenn die beiden senkrecht aufeinander stehen? Wie kann man das physikalisch erklären?
Das ist schon fast ein neues Thema...
Genau: Falls ohne Reibung, wird keine Arbeit verrichtet, weil die Zentral-Kraft, welche das Objekt auf der Kreisbahn hält, senkrecht zur Bewegungsrichtung steht.
Mit Reibung muss man natürlich Energie zuführen, um die Reibungsverluste zu kompensieren. Sonst bringt die Bremsarbeit das Ding zum Stillstand, und diese Bremskräfte wirken eben parallel zur Bewegung (entgegen der Bewegung).
Vielen Dank habe mir mal etwas zur rotationsenrgie durchgelesen, da die ja dort eine wichtige Rolle spielt. Gilt die bei jeder Kreisbewegung weil da stand noch was von Verteilung der masseelemente. Bei einem Rad ist das ja überall relativ gleich aber was wenn nur eine Kugel an einem Seil um einen Mittelpunkt rotiert ?
Die Betrachtungsweise bezüglich der Kräfte ist im Prinzip überall gleich.
Bezüglich der Rotationsenergie spielt es natürlich eine grosse Rolle, wie die Masse verteilt ist (z.B. Scheibe oder Radring).
Ok eine Frage wäre da noch wird eine Turbine durch Dampf angetrieben dann leitet sie ihre Energie bspw. In einem Kraftwerk ja an einen gemerator weiter. Aber wir haben ja festgestellt dass bei einer kreisbewegunf keine Arbeit verrichtet wird, wie kann sie Turbine dann aber ihre Energie weitergeben?
eben: gerne EIN Kommentar für EINE Frage.
Zu den letzten beiden Kommentaren:
- Bei der Rotation trägt nur jene Kraft nichts zur Arbeit bei, welche senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt, und das ist die radial wirkende Zentripetalkraft, welche die rotierenden Objekte auf der Kreisbahn hält.
- Jede andere Kraft, die nicht zentral wirkt (z.B. tangentiale Kraft) trägt dann natürlich sehr viel zur Arbeit bei.
Dann stellst du eigentlich eine zusätzliche, ganz andere Frage, nämlich nach dem Energiefluss oder der Übertragung von Arbeit.
- Bei Turbinen wirken die Kräfte oft tangential, verrichten also die gewünsche Arbeit perfekt. Dem kann man Rotationsarbeit sagen. Sie wird von aussen an der Turbine verrichtet und versetzt sie in Rotation. Bei Dampfturbinen wirkt die Kraft auch axial auf schief stehende Flügel, was ebenfalls tangentiale Kräfte erzeugt (die gegenteilige Funktion eines PC- oder Zimmerventilators). So dreht sich die Achse der Turbine, das alles ist Rotationsarbeit. Und diese Arbeit wird dann direkt mechanisch an den auf der gleichen Achse sitzenden Generator übertragen. Auch diese Kräfte in der Achse wirken tangential, sie "verdrehen" die Achse sogar leicht (Torsion).
Dann auch nochmal vielen Dank für die Bemühungen habe es jetzt verstanden bei allen fragen :) nächstes mal werde ich es versuchen kürzer und in einer Frage zu präzisieren, wenn so eine ausführliche Antwort wie von dir kommt dann reicht das auch aus. Oft gibt es nämlich Leute die auf nachfragen kn Kommentaren gar nicht reagieren
Doch noch eine Sache zum Stein: wirkt die meine Kraft genau in Wegrichtung? Weil insgesamt wirken ja auf den Stein drei Kräfte: meine Abschiebekraft, die reinbungskraft in entgegengesetzte Richtung und die gravitationskraft senkrecht zu beiden. Müsste man dann nicht mit einem Kräftedreieck die resultierende Kraft ermitteln?
Eigentlich wirken 4 Kräfte. Noch die Normalkraft (Gegenkraft zur Gravitationskraft, Kraft der Unterlage, weche den Stein "stützt"). Die heben sich aber auf und müssen meist für die Rechnung nicht berücksichtigt werden.
Der wirksame Anteil der Kraft zeigt parallel zum Weg, egal wie schief du ziehst. Das wird in der Formel für die Arbeit im Skalarprodukt mit dem Cosinus gemacht.
Wenn du schief zur Unterlage ziehst, brauchst du eben mehr Kraft, um die Reibung zu kompensieren.
Da man in Kommentaren keine Bilder einfügen kann, schau dir mal das an:
https://elearning.physik.uni-frankfurt.de/data/FB13-PhysikOnline/lm_data/lm_282/auto/kap05/cd116.htm
Also quasi durch vektorielle kräftesddition dann würde die Kraft doch nicht parallel zum weg zeigen oder?
Du hattest ja mal das Beispiel genannt Kraft alleine entscheidet nicht ob Arbeit verrichtet wird am Beispiel mit dem Nagel und dem Bild. Wenn ich die Masse die am Nagel hängt immer größer werden lasse wird sich der Nagel irgendwann verbiegen. Verbiegt die Kraft den Nagel oder kommt es beim verbiegen zum energieaufwand?
Im Moment, wo die Masse grösser wird, wird der Nagel deformiert, in diesem Moment gibt es eine resultierende Kraft nach unten. Dieser Moment des Verformens erfordert Arbeitsaufwand oder Energieaufwand.
Solange der Nagel noch hält, gibt es einen neuen stabilen Zustand mit grösseren Graviations- und grösserer Aufhängekraft.
Wenn du noch mehr wissen musst, ev. eine neue Frage dazu formulieren
Du sprichst das gerade mit der schiefe an
Wenn ich zb einen Stein eine schiefe Ebene hochziehe brauche ich ja mehr enegrie weil der am Ende noch potentielle enegrie hat. Aber wie macht sich diese mehr Energie bemerkbar ? Mehr Reibung (wenn ja warum)?
Nein, nicht mehr Reibung, sondern potentielle Energie.
Wenn du den Stein reibungsfrei die schiefe Ebene hochziehst, verrichtest du eigentlich nur Hub-Arbeit, die am Schluss als potentielle Energie (Lage-Energie) vorliegt.
Mit Reibung braucht es mehr Aufwand, und da kommt wie üblich noch die Erwärmung von Stein und Unterlage hinzu.
Also in meinem Beispiel meine ich jetzt die schiefe Ebene
Aber kann man das an einem Kräftepfeil sehen? Betrachten wir den Stein in der Ebene die gravitationskraft und die normalkraft heben sich auf die Arbeit die ich verrichte ist der Reibungskraft mal den Weg. Schiebe ich den Stein nun die schiefe Ebene hinauf verrichte ich auch Reibungsarbeit und „potentielle Arbeit“ aber ist das das was man als hangabtriebskrsft bezeichnen würde? Weil wenn ich die schiefe Ebene hochschiebe muss ich ja aufgrund der potentiellen Energie mehr Kraft aufwenden weil die Reibung ja auch noch dazu kommt. Aber welche Kraft muss ich noch aufwenden?
Ich meine schon klar hub Arbeit aber wenn man eine schiefe Ebene betrachtet gibts ja gravitationskraft,normalkraft und hangabtreibskraft haben die damit was zu tun? Weil die Gravitationskraft gibts ja auch in der Ebene nur hier kann man sie ja in normalkraft und hangabtriebskraft aufsplitten
Man zerlegt ja die gravitationskraft in die zwei Komponenten. Diese Komponenten sind ja keine wirklich wirkenden Kräfte aber warum kann man dann damit rechnen?
SCHAFFST DU ES MAL, NUR EINEN ZUSATZKOMMENTAR ZU SCHREIBEN UND ERST EINE ANTWORT ABZUWARTEN???
STELL DAS BITTE IN EINER NEUEN FRAGE, ES ARTET LANGSAM AUS.
Kann ich gerne machen aber dir zeigt es doch nur dass ich deine Antworten für kompetent empfinde. Alle drei Kommentare waren zu einem Thema. Stelle ich jetzt wieder 1-2 fragen dazu kommt wieder sowas wie es artet langsam aus du stellst zu viele Fragen.
Wir haben mit Stein und Reibung begonnen, und nach geschätzen zwei Dutzend Kommentaren ist das Thema wohl erschöpft.
Versuche zu spüren, was noch zum Thema gehört und was nicht.
Und zu den Darstellungen:
Du tippst wohl am Handy?
Da gibt's vielleicht sowas wie eine "Return"-Taste. Ich vermute, jedesmal, wenn du ENTER drückst, wird gleich ein Kommentar abgeschickt.
Wir müssen jetzt auch nicht aufbrausend und aggressiv zueinander sein
Habe eine neue Frage eingereicht. Trotzdem vielen Dank für deine Bemühungen ich weiß das zu schätzen
Das mit den mehrfachen Kommentaren ist wirklich nicht so schön das tut mir leid dennoch denke ich besser für jemanden der sich wirklich dafür interessiert zu antworten als jemand der das nur für Noten oder so brauch und die Thematik dann für immer beiseite schiebt
(Ja Handy)
Dafür müsstest für deine Leistung [ bekanntlich Arbeit pro Zeit ;o))) ] ein Füllhorn von Sternchen erhalten. ;oP
Tipp:Besorge dir privat ein Physik-Formelbuch aus einen Buchladen,da brauchst du nur abschreiben.
Definition: Arbeit ist das Produkt aus der Kraft F und des Weges S
W=F*S
F und S sind Vektoren,die zu jeden Zeitpunkt "parallel" liegen müssen.
Mit F=u*Fg=u*m*g mit g=9,81 m/s^2
also verrichtest du die Arbeit W=u*m*g*S
u ist die Gleitreibzahl siehe Physik-Formelbuch Tabellenanhang
u=0,4-,5 bei Holz auf Stahl
W=F*S
F und S sind Vektoren,die zu jeden Zeitpunkt "parallel" liegen müssen.
Das ist nur teilweise richtig:
Denn damit W=F*s gilt muss auch F=const gelten, ansonsten müsste man trotzdem das Integral F(s)ds lösen.
So wäre z.B. bei einer Kraft, die linear mit s wächst (z.B. F(s) = k*s) die Arbeit:
W = 1/2 k*s^2 + W(s=0)
Ist F nicht konstant,so muß F als Funktion von den Weg S vorliegen.
Dann muß man integrieren
W=Integral(F(s)*ds) in den Grenzen su=.. untere Grenze und so=.. obere Grenze.
Trotzdem müssen die Vektoren F und S hierbei immer "parallel" liegen.
War nur als Ergänzung gedacht. Wenn man die Herkunft einer Formel wie W=F*s bzw. ihre Gültigkeit erklären will, dann bitte so allgemein wie möglich.
Beim beschleunigen/ bremsen wird Arbeit verrichtet am Stein die insgesamt null ist.
Richtig?
Nein, denn ob insgesamt die verrichtete Arbeit null ist oder nicht hängt davon ab welchen Zeitraum du dir anschaust.
Arbeit ist Kraft mal Weg: W = F*s (dabei sind F und s Vektoren).
Wir betrachten nun drei Zeitabschnitte:
- Beschleunigung von v=0 auf v>0.
- Konstante Geschwindigkeit v=const
- Bremsvorgang von v>0 auf v=0.
ACHTUNG: Hier sind jetzt drei Zeiträume, aber die müssen in einer Aufgabe gar nicht alle vorkommen. Z.B. könnte eine Aufgabe lauten:
"Berechnen Sie die gesamte verrichtete Arbeit beim Beschleunigen"
Dann ist für die Lösung völlig egal, ob und wie lange der Stein sich konstant bewegt und ob er irgendwann wieder zum Stehen kommt.
1) Der Stein wird insgesamt beschleunigt.
Nach dem ersten Newtonschen Axiom gilt:
Fgesamt = F1+F2+F3+...+Fn
In diesem Beispiel wirkt einerseits die Zugkraft Fz und die Reibungskraft Fr anderseits.
->
Fgesamt = Fz - Fr
Da der Stein beschleunigt wird gilt:
Fz>Fr.
->
Fgesamt > 0
->
W = Fgesamt*s1
->
W > 0
Im Zeitraum (1) ist also die GESAMTE verrichtete Arbeit am Stein positiv, also bekommt der Stein Energie hinzu (in Form der Kinetischen Energie - die Geschwindigkeit wird größer).
2) Im zweiten Fall gilt nach wie vor das 1. Newtonsche Axiom:
Fgesamt = Fz - Fr
Da der Stein jedoch jetzt nicht mehr Beschleunigt wird (konstante Geschwindigkeit) gilt:
Fgesamt = Fz-Fr=0
->
W = Fgesamt*s2 = 0
->
Im Zeitraum (2) ist also die GESAMTE verrichtete Arbeit am Stein 0, also bekommt der Stein weder Energie hinzu noch gibt er Energie ab (der Stein wird also weder langsamer noch schneller - seine Geschwindigkeit und somit auch die Kinetische Energie bleiben konstant)
3)Im dritten Fall ziehst du nicht mehr
->
Fz=0
->
Fgesamt = -Fr
->
W = Fgesamt*s = -Fr*s
Hier ist die verrichtete Arbeit nun negativ. Das heißt der Stein verliert Energie (Der Stein wird langsamer - die kinetische Energie sinkt).
Wenn es dich interessiert wie viel Arbeit DU verrichten musst, dann interessiert dich gar nicht, ob der Stein durch Reibung oder etwas anderes gebremst wird.
In diesem Fall interessiert dich nur
- wie viel Kraft du aufwendest (F)
- und wie weit der Stein während du dieser Kraftaufwendung gekommen ist (s)
Ja genau aber wenn man sich alle drei Zeiträume anschaut ist die verrichtete Arbeit am Stein null
Ich hingegen verrichte durchgehend Arbeit die dann in Wärme umgewandelt wird
Ja, beim Bremsen allerdings verrichtest du keine Arbeit, weil du da keine Kraft mehr anwendest.
Die Arbeit die ich verrichte :
W=Wbeschleunigung+Wconstant
Mit w Constant meine ich die Arbeit die ich aufbringe während des konstanten Geschwindigkeit.
Die Arbeit die am Stein verrichtet wird:
W=wbeschleunigung+(-Wbremsung)=0
Ja, falls am Ende der Stein weder Potentielle Energie noch Kinetische Energie mehr hat.
Genauso meinte ich das letztes Mal habe mich falsch ausgedrückt mein Fehler aber Vielen dank !
Kann man dann sagen wenn der ich den Stein mit v constant bewege dass ich am Boden Arbeit verrichte ? Weil da entstehst ja die Wärme?
Bedeutet das dann auch dass wenn ich Spazieren gehe ich auch Arbeit verrichte? Muss ja die Reibung von Boden und luft ausgleichen
verrichte ich ja eigl keine Arbeit
Doch natürlich verrichtest du Arbeit, wie kommst du darauf, dass du keine Arbeit verrichtest?
Du beschleunigst den Stein mit einer Kraft Fa, die gerade so groß ist, dass sie der Reibungskraft Fr entgegenwirkt (natürlich musst du vorher die Konstante Geschwindigkeit v durch eine Kraft Fa>Fr erreichen).
Verrichte ich auch noch Arbeit sobald die Kräfte ausgeglichen sind?
Weil dann ist ja die Summe beider Kräfte null und wenn keine Kraft da ist dann ist W auch null oder?
Ja denn du musst ja ständig die Reibungskraft ausgleichen, sonst wäre die Geschwindigkeit nicht konstant - sie würde abnehmen, bis sie bei 0 angekommen ist.
Also es ging bei meiner Aussage um die von DIR zu verechtende Arbeit.
verrichte ICH ja eigl keine Arbeit
Die am Stein, während der Bewegung, verichtete Arbeit (insgesamt) ist aber tatsächlich null.
Weil die Arbeit als F*s definiert ist (F und s sind hier vektoren).
Die Reibungskraft Fr zeigt in die entegegengesetzte Richtung zu s -> Wr = -|Fr|*|s|.
Die Kraft mit der du ziehst Fa zeigt in die gleiche Richtung wie s -> Wa = |Fa|*|s|.
Das heißt weiterhin für die gesamte Arbeit:
Wges = Wr+Wa = -|Fr|*|s| + |Fa|*|s| = |Fa|*|s|(1-1) = 0
Wobei natürlich die Erklärung W=F*s und F = Fa-Fr=0 äquivalent dazu wäre. Ich wollte es nur so deutlich wie möglich machen.
Ok das macht Sinn aber warum verrichte ich dann trz Arbeit weil ich beschleunige ja nicht sondern habe eine konstante Geschwindigkeit
Doch du beschleunigst den Stein. Die Reibungskraft "beschleunigt" (bremst) den Stein in die andere Richtung mit genau dem gleichen Betrag.
Das heißt also auch wenn ich spazieren gehe verrichte ich Arbeit ? Wenn ich konstant laufe wirke ich der Reibungskraft auf dem Boden entgegen?
Aber: am Anfang beschleunige ich den Stein doch erst auf eine konstante Geschwindigkeit in der Zeit wird doch Arbeit an ihm verrichtet oder nicht?
ja genau am Anfang hast du am Stein Arbeit verrichtet. Diese Arbeit steckt in der sog. Kinetischen Enerkie: Ekin=1/2m*v^2
Tut mir leid das ich’s noch nicht ganz verstanden habe. Aber ich verrichte Arbeit indem ich den Stein schiebe gleichzeitig wird aber durch die Reibung Arbeit in die andere Richtung verrichtet. Ich habe also Arbeit verrichtet aber die Gesamtarbeit ist null richtig?
Das trifft nur in dem Zeitraum zu, wo der Stein sich mit der kostanten Geschwindigkeit v bewegt.
Beim Beschleunigen auf v wird insgesamt positive Arbeit (der Stein bekommt Ernergie) am Stein verrichtet (warum?).
Wenn du irgendwann nicht mehr ziehst, wird der Stein langsamer werden und schließlich zum Stehen kommen. Hierbei wird insgesamt eine negative Arbeit (der Stein gibt Energie ab) verrichtet (warum?)
Ok denke ich habe es verstanden:
Beim beschleunigen/ bremsen wird Arbeit verrichtet am Stein die insgesamt null ist. Ich selbst verrichte aber selber Arbeit da ich gegen die Reibungskraft entgegenhalten muss. Insgesamt keine verrichtete Arbeit
Richtig?
Ja, du benötigst Kraft über eine bestimmte Strecke. Arbeit gleich Kraft mal Weg.
W = F * s
"W" ist die Arbeit in Joule bzw. Newtonmeter (J bzw. Nm)
"F" ist die Kraft in Newton N
"s" ist die Strecke in Meter m
Aber wenn die Geschwindigkeit konstant ist ist doch die Summer der Kräfte null dann verrichte ich doch keine Arbeit mehr
Du brauchst die Kraft nicht zur Beschleunigung, sondern zur Kompensation der Reibung. Darum auch hier: Arbeit gleich Kraft mal Weg.
Die Reibungskraft entsteht ja auch durch die Erdbeschleunigung, denn die Schwerkraft presst den Stein auf seine Unterlage.
Das habe ich verstanden aber ist dann die am Stein verrichtete Arbeit insgesamt null?