Arbeit, Energie und Leistung

[J]

Arbeit von 1 J wird verrichtet, wenn entgegen einer Kraft von 1 N ein Weg von 1 m zurückgelegt wird.

Nur Kraftkomponenten in Wegrichtung tragen zur Arbeit bei.

[J]

Wenn eine Masse entgegen der Gewichtskraft bewegt wird. Die Kraft F, die dafür aufgewendet werden muss, ist gegengleich der Gewichtskraft

W = m*g*h

(gleich wie bei der potentiellen Energie)

• Die mechanische Arbeit, die beim Verschieben eines Körpers gegen den Reibungswiderstand verrichtet werden muss.
• Dabei muss die äußere Zugkraft die wirkende Reibungskraft überwinden.
• Die aufgewendete Energie wird meistens in Wärme umgewandelt.

• Die mechanische Arbeit, die nötig ist, um den Bewegungszustand (Geschwindigkeit) eines Körpers zu ändern.
• Dabei müssen die Trägheitskräfte des Körpers überwunden werden.
• Die zugeführte Arbeit wird im Körper als kinetische Energie oder Rotationsenergie gespeichert.

• Das 2. Newton'sche Gesetz (Aktionsprinzip: F = m*a).
• Es verknüpft die Beschleunigung des Massenmittelpunkts direkt mit der zu überwindenden Trägheitskraft.

allgemein: W = m*(v^2/2)

--> entspricht der kinetischen Energie

bei einem Geschwindigkeitswechsel:

Allgemeine Form entsprich der Rotationsenergie

Arbeit und Energie nutzen dieselbe Grundformel

• Fähigkeit Arbeit zu verrichten
• Joule (J)

• Potentielle Energie: Lageenergie (abhängig von der Höhe; gespeicherte Hubarbeit).
• Kinetische Energie: Bewegungsenergie (geschaffen durch Beschleunigungsarbeit).
• Elastische Energie: Federenergie (gespeichert durch Dehnung/Deformation).
• Wellenenergie: Energietransport ohne Massentransport (z. B. Schall- oder Meereswellen).

• Wenn ein Körper gegen eine Reibungskraft verschoben wird, wird Arbeit geleistet.
• Dabei wird mechanische Energie in thermische Energie umgewandelt.
• Der Körper und die Umgebung erwärmen sich.

• Chemische Energie: Wird z. B. bei exothermen Reaktionen frei.
• Kernbindungsenergie: Bindung zwischen Protonen und Neutronen (wird frei bei radioaktivem Zerfall oder Kernfusion).

Energieformen können ineinander umgewandelt werden, aber die Gesamtenergie bleibt konstant.

• Eine Maschine, die von der Umgebung abgeschlossen ist und aus sich selbst heraus Arbeit leistet.
• Sie kann nicht existieren, weil sie dem Energieerhaltungssatz widerspricht (Arbeit kann nur durch Umwandlung anderer Energieformen entstehen).

die verichtete Arbeit pro Zeiteinheit  

Watt (W) = 1 J pro s

• Formel allgemein: P = F*v
• Mit Winkel: P = F*v*cos(α)
• Wird genutzt, wenn ein Körper entlang eines Weges verschoben wird.

P = M*𝜔

• Er beschreibt das Verhältnis von abgegebener zu zugeführter Leistung (oder Arbeit).
• Der Wert liegt immer zwischen 0,00 und 1,00 (bzw. 0 % und 100 %).

Weg --> Drehwinkel

Masse --> Trägheitsmoment

Kraft --> Drehmoment