Warum ist Energie das Produkt aus Kraft und Strecke?
Wenn man etwas auf einer Höhe hält sollte das ja keine Energie kosten... Man muss aber eine Kraft aufbringen
5 Antworten
Weil Kraft×Weg = (physikalische, mechanische) Arbeit ist, die man 'verrichtet'.
Die chemische Energie, die man dabei 'umsetzt' kann man so nicht berechnen.
Ein Tisch, der ein Objekt auf gleicher Höhe hält, also ebenfalls der Schwerkraft entgegen wirkt, verrichtet weder Arbeit, noch setzt er Energie um, weil der Weg =0 ist.
Entscheidend zu deinem Verständnisproblem ist wohl der Satz unterhalb deiner Frage ...
Du kennst bereits eine Formel zur Berechnung der mechanischen Arbeit (= Energie): A = F * s. Bis dahin wohl kein Problem für dich. Die Art und Weise, wie du sie interpretierst ist jedoch falsch. Unter der Variablen s ist jetzt nicht irgendeine Strecke bzw. Höhe gemeint, sondern genau der Weg, Distanz oder besser Streckenabschnitt, den diese konstante Kraft F zurückgelegt hat bzw. zurücklegen soll. Wenn du etwas mit dem Gewicht G auf einer Höhe h hältst, dann hast du zwar zuvor vermutlich Energie aufgewendet, um dieses Objekt vom Boden auf diese Höhe zu bringen, also z.B. E = G*h, wenn es aber dann mal dort oben angekommen ist und dort verbleibt, wird auch keine neue zusätzliche Strecke s bzw. h mehr zurückgelegt oder überwunden.
In dem Fall des Hebens eines Objekts vom "Boden" aus, ist die Höhe tatsächlich genau die Strecke, die das Gewicht überwinden musste und kann deshalb auch für die bekannte Formel benutzt werden. Man spricht hier übrigens auch von der potenziellen Energie. Hältst du es aber danach auf dieser Höhe fest, dann bleibt das Gewicht ja fix auf dieser Höhe, es bewegt sich nicht mehr, damit ist die Höhe zwar immer noch unverändert, aber die aktuell zurückgelegte Strecke s ist, solange du es fix hältst (und z.B. auch nicht zitterst), stets 0 und G*0 = 0, also kostet es dich (rein theoretisch natürlich) auch keine Energie mehr das Objekt dort zu halten.
Das kannst Du dir verdeutlichen, in dem Du einen Sack, statt in der Hand zu tragen, auf den Tisch legst. Nun geht die Kraft die den Sack trägt vom Tisch bzw. von der darunter liegenden Erde aus. Hier wird eher klar, dass dafür keine Energie nötig ist.
Wäre der Mensch ein starrer Roboter, so müsste er zum Tragen auch keine Energie aufbringen. Das ist der idealisierte Fall, von dem man in der Physik spricht. Ich nehme aber an, dass zum dauerhaften anspannen der Muskel auch mehr Energie verbraucht wird, weil der Körper eben keine ideale Maschine ist. Selbst das Denken verbraucht ja Energie und der "Stress" etwas schweres halten zu müssen, wird auch hier für einen Energieverbrauch sorgen, der aber rein in der Physiologie des Menschen liegt und mit den (idealen) Gesetzen der Physik nichts zu tun hat.
Es kommt öfters vor, dass Begriffe in der Physik eine etwas andere Bedeutung haben als im Alltag. Da darf man sich nicht verwirren lasssen. Wenn man eine Kraft aufbringt, um z.B. einen schweren Koffer ein Stück waagrecht zu tragen, braucht man Krraft und es strengt an. Der Koffer hat dabei aber keinen Energiezuwachs. Seine potenzielle Energie bleibt konstant.
Das Produkt aus Kraft und Strecke in Richtung der ausgeübten Kraft ist die zu leistende mechanische Arbeit. Nach dem Energieerhaltungssatz entspricht diese aufgebrachte Arbeit genau dem Energiezuwachs des Körpers.
weil davon ausgegangen wird dass du im kraftfeld eines himmelskörpers bist wenn du was hebst, und dieser hat eine gravitationskraft die richtung mittelpunkt geht. diese kraft musst du überwinden um etwas hochzuheben.
wäre es im all mit himmelskörper weit genug entfernt, sodass die gravitation zu vernachlässigen ist, kostet es natürlich nur vernachlässigbar viel kraft