Mechanische Arbeit

Mit der so genannten "mechanischen Arbeit" beschäftigen wir uns in diesem Artikel. Dabei erklären wir euch, was man unter mechanischer Arbeit versteht und wie man sie berechnet. Dieser Artikel gehört zur Rubrik Physik / Mechanik.

Bevor wir uns im nun folgenden mit dem Begriff der "mechanischen Arbeit" befassen, solltet ihr sicher stellen, dass ihr einigen Grundkenntnisse der Physik bereits besitzt. Wem die folgenden Themen noch gar nichts sagen, der möge diese bitte erst einmal nachlesen. Alle andere können gleich mit der Definition der mechanischen Arbeit starten.

• Newtonsche Gesetze
• Gleichförmige Bewegung
• Gleichmäßig beschleunigte Bewegung

Mechanische Arbeit: Was ist das?

Was versteht man unter mechanischer Arbeit? Nun, die Antwort ist recht einfach: Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn ein Körper durch eine Kraft bewegt oder verformt wird. Das Formelzeichen für die Arbeit ist das "W". Als Einheit wird Joule ( J ) bzw. NewtonMeter ( Nm ) verwendet. Dabei ist 1J = 1Nm. Die Arbeit berechnet sich aus Kraft mal Strecke. Etwas übersichtlicher dargestellt, sieht dies wie folgt aus:

• "W" ist die Arbeit in Joule bzw. NewtonMeter [ J bzw. Nm ]
• "F" ist die Kraft in Newton [ N ]
• "s" ist die Strecke in Meter [ m ]

Beispiel:
Ein Gegenstand wird mit einer Kraft von 20N eine Strecke von 100m geschoben. Wie viel Arbeit wird dabei verrichtet?

Lösung:

Mechanische Arbeit: Grafisch

Die mechanische Arbeit kann man auch mit einem Kraft-Weg-Diagramm bzw. F-s-Diagramm ermitteln. Seht euch dazu einmal die folgende Grafik an. Eine Erklärung zu dieser findet ihr unterhalb.

Auf den Achsen werden Strecke bzw. Kraft eingetragen. Trägt man nun die Angaben in das Diagramm ein, kann man dadurch eine Fläche aufspannen. Diese Fläche ist die geleistete Arbeit W.

Arten mechanischer Arbeit

In der Physik bzw. Mechanik unterscheidet man verschiedene Arten der mechanischen Arbeit. Diese möchten wie euch im nun Folgenden vorstellen:

• Hubarbeit:  Wird ein Körper angehoben, so wird Hubarbeit verrichtet. Ein Beispiel dafür wäre ein Kran auf einer Baustelle: Dieser hebt Baumaterial vom Boden der Baustelle auf eine höhere Stelle. Mehr dazu im Artikel Hubarbeit.
• Verformungsarbeit: Wird ein Körper verformt, so wird Verformungsarbeit verrichtet. Beispiel: Eine Feder, die auseinander gezogen wird. Mehr dazu im Artikel Verformungsarbeit.
• Beschleunigungsarbeit: Wird ein Körper beschleunigt, so wird Beschleunigungsarbeit verrichtet. Beispiel: Ein Zug steht im Bahnhof und fährt nun los. Um dies zu ermöglichen, muss der Zug beschleunigen - sprich schneller werden - und verrichtet dadurch Arbeit. Mehr dazu im Artikel Beschleunigungsarbeit.
• Reibungsarbeit: Wirken Reibungskräfte auf einen Körper und behindern diesen bei einer Bewegung, so sprich man von Reibungsarbeit. Beispiel: Ein Holzklotz liegt auf einem Tisch. Um diesen auf dem Tisch weiter zu schieben, muss genügend Kraft aufgewendet werden. Mehr dazu im Artikel Reibungsarbeit.

Links:

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