Definition der Arbeit < SchulPhysik < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 23:07 Sa 20.12.2014 | | Autor: | UserK |
Stimmt folgende Überlegung?:
"Angenommen, ich sitze in einem Zug (unbeschleunigt) und halte mit zwei Fingern eine Feder gespannt.
Ich, als Insasse des Zuges, würde sagen, dass ich an der Feder keine Arbeit verrichte.
Ein aussenstehender Automobilist am Bahnübergang würde sagen, dass einer meiner Finger positive, ein anderer negative Arbeit an der Feder verrichtet (Kraft in Bewegungsrichtung)."
Ich habe diese Frage in keinem Forum auf anderen Internetseiten gestellt.
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 23:22 Sa 20.12.2014 | | Autor: | chrisno |
Hallo,
zuerst dachte ich, in Ordnung, es kommt wie es soll auch Null heraus. Allerdings wird bei Deiner Betrachtung die Definition der Arbeit ignoriert. Ich zitiere aus Wikipedia: "Arbeit ... ist in der Physik die Energie, die auf mechanischem Wege von einem Körper auf einen anderen übertragen wird."
Das heißt, dass eine Energieübertragung vorliegen muss, wenn man von Arbeit redet. Bei der beschriebenen Situation "Finger drückt gegen die Feder" ist das nicht der Fall. Die Feder wird nicht weiter gespannt, noch beschleunigt.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 16:49 So 21.12.2014 | | Autor: | UserK |
Vielen Dank für Deine schnelle Antwort. Ich werde etwas darüber nachdenken müssen.
Ursprung meiner Frage: ich wollte verstehen, was in der Physik mit Energie gemeint ist.
Im Phyikunterricht, wie auch auf Wikipedia, wird diese Definition angeboten : "In der klassischen Mechanik ist die Energie eines Systems seine Fähigkeit, Arbeit zu leisten."
Ich habe nochmals etwas gegoogelt und das gefunden:
"Wirkt eine Kraft F im einen Inertialsystem, wirkt im Anderen ebenso F.
In einer Zeit Δt werden aber verschiedene Wege zurückgelegt.
Dadurch wird unterschiedlich viel Arbeit an einer Masse verrichtet.
In abgeschlossenen Systemen wirkt aber immer eine Gegenkraft auf eine andere Masse.
Dadurch wird der Unterschied kompensiert und die Energieerhaltung gilt."
(http://www.uni-kassel.de/fb10/fileadmin/datas/fb10/physik/oberflaechenphysik/exp2/Lehre/ExpPhysI/Inertialsysteme.pdf)
Es gibt dort auch ein Beispiel mit zwei Blöcken und einer Feder, das ich allerding noch nicht vollends nachvollzogen habe.
Hängt der Betrag der Arbeit wirklich vom Betrachter ab (daran würde ich mich erst gewöhnen müssen)?
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(Antwort) fertig | | Datum: | 21:31 So 21.12.2014 | | Autor: | chrisno |
Mit der Definition der Energie wird das Ganze zirkulär. Dann muss man die Haare ein wenig feiner spalten, dazu komme ich gerade nicht.
Deine Überlegung ist ja auch nur ein Grenzfall dessen, was in der zitierten Stelle behandelt wird. Da ist es so, dass die Feder sich entspannt und die beiden Massen beschleunigt. Es wird also die potentielle Energie der Feder in kinetische Energie umgewandelt. Dies wird vorgerechnet, rechne es nach.
Zu Deinem Fall kommst Du, indem Du die beiden Massen beliebig groß werden lässt. Also kannst Du das so betrachten, wie in Deiner Ausgangsfrage.
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(Antwort) fertig | | Datum: | 00:08 Mo 22.12.2014 | | Autor: | leduart |
Hallo
Ja, die Energie hängt vom Bezugssystem ab, eigentlich kann man nur energiedifferenzen ansehen. wenn du in einem Zug dich mit v bewegst, hast du vom Zug aus gesehen, die konetische energie, [mm] m/2*v^2 [/mm] vom Bahnsteig her gesehen die kinetische Energie [mm] m/2*(v_{Zug}\pm v)^2
[/mm]
Gruß leduart.
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 16:58 Di 23.12.2014 | | Autor: | UserK |
Vielen Dank für die Antwort.
Ich brauchte diese Bestätigung. Ich finde es schwierig, die Begriffe der Physik zu verstehen und mache immer schrecklich viele Fehler. Wenn mich jetzt jemand fragt, warum Arbeit eine relevante Kenbzahl ist, kann ich bloss noch sagen, dass sich damit halt Klausuraufgaben lösen lassen.
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Die Arbeit bzw. Energie ist nur eine Austausch-, aber keine absolute Größe.
Hierzu zwei Beispiele:
Eine Masse von 1 kg, die auf einem Tisch in 1 m Höhe über dem Boden liegt, hat bezgl. des Tisches die Lageenergie 0, bzgl. des Bodens die Lageenergie 1 J und bzg. der Zimmerdecke in 2,50 m Höhe eine Lageenergie von - 1,5 J.
Hebt man sie aber um 1 m an, so steigt sie in jedem der Beispiele um 1 J.
Prallt ein Körper der Masse 3 kg mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s gegen einen anderen der Masse 5 kg und der Geschwindigkeit 2 m/s (beide Schwerpunkte bewegen sich auf der selben Geraden) und verbinden sich dann beide miteinander, so ist nach dem Impulssatz p = 3 kg * 10 m/s + 5 kg * 2 m/s = 40 kgm/s = 8 kg * 5 m/s, und beide fliegen somit mit 5 m/s weiter. Die kin. Energie vor dem Stoß war dann 150 J + 10 J = 160 J, nach dem Stoß ist sie nur noch 100 J, hat also um 60 J abgenommen (Umwandlung in Wärmeenergie).
Laufen wir nun den Körpern während des Vorganges mit 10 m/s entgegen, so fliegen für uns die beiden vor dem Stoß mit 20 m/s bzw. 12 m/s und nach dem Stoß mit 15 m/s. Die Impulse haben sich nun in 60 kgm/s + 60 kgm/s =120 kgm/s geändert, die BILANZ stimmt aber noch. Die Energien vor dem Stoß sind nun 600 J + 360 J = 960 J und nach dem Stoß 900 J, also völlig anders. Die Abnahme beträgt aber nach wie vor 60 J, die "in beiden Fällen" in Wärme umgewandelt wurde.
Selbst die Gleichung E = [mm] mc^2 [/mm] ist nicht absolut: Wenn du dich relativ zu einem (vorher zu dir ruhenden) Körper der Masse m in Bewegung setzt, steigt seine Masse (relativistischer Effekt) und damit auch seine Energie für dich an!
Zurück zu deiner Feder:
Ja, ein Finger steckt für den bewegten Beobachter Arbeit in die Feder und der andere holt sie wieder heraus. Nun fragt man sich: Warum muss ich in den einen Finger keine Energie in Form von Nahrung stecken, während ich beim anderen sogar Energie z.B. in Form von Wärme heraushole?
Klar wäre das, wenn ich die Feder in eine Zwinge spannen würde. Ich bräuchte nicht in eine Zwingenseite Energie hineinzustecken und diese auf der anderen Seite wieder herauszuholen. Würden aber zwei Personen die Feder auf je einer Seite halten, so müsste sich die eine vom Boden abdrücken, um die Feder zu schieben, die andere gegenhalten, um abzubremsen. Bei beiden ergäbe sich einer Arbeit gemäß Kraft mal Strecke (mal positiv, mal negativ). Bewegt sich aber statt dessen der Boden mit, so brauchen die beiden Personen nur die Kraft zu übertragen. Auch hier verrichtet der Boden an zwei Stellen positive und negative Arbeit (insgesamt Null), sie wird aber von den Personen nur übertragen (im Bein rein, in der Hand wieder raus), ohne dass diese Person selber "arbeiten" muss. Das ist vergleichbar mit einer Person auf einer Wippe, die auch ohne eigene Anstrengung eine andere durch eigenes Absinken nach oben befördert.
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