Sind die Vorzeichen von Kraft und Arbeit immer gleich, für den jeweiligen Körper?

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2 Antworten

Ob eine physikalische Größe positiv oder negative Werte annimmt, hängt davon ab, wie du vorher dein Koordinatensystem definierst (ich beschränke mich hier mal auf die mechanischen Größen).

Also, wir nehmen folgendes Koordinatensystem: x nach rechts, y nach vorne und z nach unten (das ist völlig willkürlich, es sollte aus Gründen der physikalischen Theorien, die mathematisch beschrieben werden, allerdings ein Rechtshändersystem sein (x,y,c passen zur Dreifingerregel der rechten Hand)).

Auf einen Körper wird eine Kraft nach rechts ausgeübt, er wird nach rechts beschleunigt. Dann F und v (als Vektoren) positiv, das Produkt P = v * F ist auch positiv, das bedeutet, der Energiestrom fließt in den Körper hinein (er wird ja auch schneller)

Bewegt sich der Körper nach links und zeigt die Kraft nach links, dann sind v und F beide negativ, das Produkt P = v * F ist aber auch hier positiv, der Energiestrom fließt auch hier in den Körper hinein (er wird halt nach links schneller)

Bewegt sich ein körper nun nach rechts und gleitet über den Boden, dann wirkt die Gleitreibung nach links (F negativ), die Geschwindigkeit ist aber nach rechts (v positiv), das Produkt P = v * F ist hier negativ, es fließt Energie aus dem Körper hinaus (er wird langsamer).

Zu deiner 3. Frage. Arbeit ist die Energie, die zu dem Energiestrom P = v * F gehört. Dieser Energiestrom fließt so, wie v und F es vorgeben.

  1. Energie ist gespeicherte Arbeit. So hat z.B. ein am Baum hängender Apfel bereits Lageenergie (weil er noch runterfallen könnte), er hat innere Energie (Wärmeenergie, die Brownsche Molekularbewegung), chemische Energie (z.B. beim Essen) usw. Wenn eine Arbeit verrichtet wird, ändert sich eine entsprechende Energieart. Wenn der Apfel runterfällt, also die Gravitationskraft eine Arbeit auf den Apfel verrichtet, wird die Lageenergie geringer, dafür die kinetische Energie größer, es wird quasi Lageenergie in kinetische Energie umgewandelt.

  2. Die meisten Energiearten sind eigentlich nur positiv. Bei Lageenergie ist es aber auch möglich, von negativer Energie zu sprechen. Kraft * Weg = Arbeit

  3. negative und positive Energien unterscheiden sich nur in der Richtung zum Koordinatenursprung, aber sind sonst gleich

  4. Benutze am besten immer die gleiche Richtungen, also nach oben negativ, wenn das in der Schule auch so gemacht wird. Man könnte theoretisch zwar das auch andersrum machen, aber das verwirrt. Solche Sachen muß man nicht extra definieren wenn man sich an den Standard hält.

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