Arbeit
Physikalisch
Basiswissen
Arbeit ist Kraft mal Weg. Dabei wird nur diejenige Kraftkomponente gerechnet, die in Richtung des Weges wirkt. Das wird hier kurz erläutert.
Definition
Arbeit im physikalischen Sinne ist die Wirkung einer (resultierenden) äußeren Kraft auf einen Gegenstand bei gleichzeitiger Bewegung dieses Gegenstandes. Arbeit bedeutet immer, dass Energie von einem Energiespeicher beziehungsweise von einer Form in eine andere Form übergeht. Arbeit ist Energie in Aktion.
Kraft mal Weg?
Die Formel zur Berechnung der Kraft ist: W = F·d. Das W ist das übliche Formelzeichen für Arbeit (work), das F die Kraft (force) und das kleine d für den Weg (distance). Dabei wird aber nur die Kraft berücksichtigt, die direkt in Richtung der Bewegung ausgeübt wird. Wirkende Kräfte in anderen Richtung gehen in die Formel nicht mit ein.
Eigenschaften
- Arbeit bewirkt immer eine Veränderung der Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung einer Sache.
- Arbeit wird in Newtonmetern gemessen, kurz: Nm
- Ein Newtonmeter ist soviel wie ein Joule Energie.
- Arbeit ist Energie, die gerade etwas macht.
Berechnung
- Arbeit kann als Kraft (in Newton) mal Strecke, in die die Kraft wirkt (in z. B. Meter) berechnet werden.
- Beispiel: ein Spielzeugwagen wird mit einer Kraft von Newton ein schiefe Ebene hochgezogen.
- Die gerollte Strecke des Wagens sei etwa 20 cm oder 0,2 Meter gewesen.
- Dann ist die Arbeit = 3 Newton mal 0,2 Meter = 0,6 Nm.
Berechnung mit Vektoren
- Sehr einfach ist die Berechnung mit Hilfe von Vektoren.
- Sowohl die Kraft als auch der Weg könne jeweils als ein eigener Vektor darstellst werden.
- Das Skalprodukt dieser Vektoren ist dann direkt die verrichtete Arbeit.
- Angenommen die Kraft entspreche dem Vektor (0|10|8) und der Weg dem Vektor (0|30|0).
- Dann ist die verrichtet Arbeit 0·0+10·30·8·0 oder 300 Newtonmeter ↗
- Siehe auch Skalarprodukt ↗
