Gedankenexperiment zum Begriff Arbeit

Masseltof · Anmeldungsdatum: 01.01.2011 Beiträge: 43

Einen schönen Abend wünsche ich Ihnen.

Zwar sind wir in der Physik Vorlesung schon etwas weiter, aber ich habe mich mal mit etwas älterem Stoff auseinandergesetzt und bin heute auf folgendes Problem gestoßen, dass ich mir selbst nicht beantworten kann und hoffe deshalb auf mögliche Lösungsvorschläge ihrerseits.

Gedankenexperiment: Ich ziehe unter Idealbedingungen (kein Luftwiderstand, keine Reibung etc.) einen Karren mit der Masse m.
Der Karren hat eine Verbindung, die ich zum Ziehen nutzen kann und deren Gewicht vernachlässigbar klein ist.
Der Karren wird über eine Strecke d gezogen.
Die Verbindung liegt parallel zur Strecke d.
Der Karren ist dargestellt als Massenpunkt.
Der Karren befindet sich zur Zeit t=0 in Ruhe.

Meine Annahmen:
1. Eine konstante Kraft, besteht aus konstanten Komponenten d.h es ereignen sich keine Zunahmen/Abnahmen von Masse oder Beschleunigung.
a und m sind konstant und somit auch F.

2. Übt man eine Kraft auf ein Objekt aus (unter Annahme eines idealen Systems), so führt dies zu einer Beschleunigung dieses Objektes und eine Beschleunigung (auch wenn sie konstant ist) führt zu einer Zunahme der Geschwindigkeit des Objektes d.h es findet eine Bewegungsänderung statt, das Objekt bewegt sich schneller, der Standort wechselt schneller.

3. Zieht man mit konstanter Kraft über eine Strecke d, so könnte man ganz viele Momentanaufnahmen mit einer Kamera machen und an jedem Punkt der Strecke d würde auf den Massenpunkt die Kraft F wirken.
Stellt man sich unendlich viele Aufnahmen vor, so ergibt sich d aus unendlich vielen Punkten, an denen alle die Kraft F wirkt.

Nun habe ich mir in Gedankenversuchen vorgestellt, dass eine Person diesen Karren unter den genannten Bedingungen über die Strecke d zieht.

Dann stellte ich fest:
-Das Objekt befand sich in Ruhe und bewegt sich nun -> eine Beschleunigung fand statt und hat den Karren bewegt und zwar über eine Strecke x.
Das heißt für mich es hat über eine Strecke eine Kraft gewirkt und somit wurde Arbeit verrichtet.

Nun mein Problem:
Die Geschwindigkeit des Wagens bleibt konstant und ich kann mir dieses Bild nicht erklären.
Als kleiner Junge habe ich gerne mal einen Bollerwagen gezogen und habe somit auf diesen eine Kraft gewirkt und zwar über eine Strecke.
Ich weiß aber noch, dass wenn ich über 5Minuten mit der gleichen Kraft gezogen habe (+-), so hat sich die Geschwindigkeit von meinem Bollerwagen nie geändert, noch hat sich meine eigene Geschwindigkeit geändert, aber eine Kraft habe ich dennoch gewirkt, denn sonst wäre der Wagen stehen geblieben.

Das wäre ein Widerspruch zur Tatsache, dass eine Beschleunigung wirkt und das irritiert mich etwas (vielleicht ist es auch einfach spät).

Ich habe mir jetzt gedacht, dass diese konstante Geschwindigkeit, vielleicht durch die Gleitreibung, Luftwiderstand etc. erklärbar ist, sodass ich zwar allgemein Kraft am Wagen zugeführt habe und somit beschleunigt habe, aber eben durch Luftwiderstand etc. diese Beschleunigung minimal klein geworden ist, bzw. ganz verschwunden ist, nachdem ich den Wagen ersteinmal in Bewegung gesetzt habe.

Wäre diese Aussage richtig, so müsste doch im idealen System ohne Reibung etc, der Karren dauerhaft an Geschwindigkeit zunehmen.
Aber würde der Karren dauerhaft an Geschwindigkeit zunehmen so müsste ich dies auch tun.

Vielleicht ist es auch einfach die Gegenkraft, die der Karren auf mich wirkt, der verhindert, dass der Karren permanent an v zunimmt.
Denn während er positiv beschleunigt wird, beschleunigt er mich negativ, wodurch meine Geschwindigkeit abnehmen müsste.
Hält sich das System Karren-Person einfach in einem Gleichgewicht?

Ich hoffe mal, dass Sie mein Problem verstehen und das diese Frage nicht zu dumm ist.
Über eine Antwort würde ich mich wirklich freuen.

Grüße
Masseltof

lena18 · Anmeldungsdatum: 11.10.2009 Beiträge: 464

Hallo

Der Karren ist zuerst in Ruhe, dann wirkt eine Kraft F auf ihn, also eine Kraft, mit der du ihn ziehst. Der Karren wird anfangs durch die Kraft F beschleunigt bis eine Geschwindigkeit v erreicht ist. Wenn diese Geschwindigkeit erreicht ist, dann wird nichts mehr beschleunigt. Die Bewegung ist dann konstant.

Der Karren würde während der Bewegungsphase dann weiter beschleunigen, wenn die Kraft F größer werden würde.
Da nichts beschleunigt, muss also F auch konstant sein.

So verstehe ich das..

Masseltof · Anmeldungsdatum: 01.01.2011 Beiträge: 43

Hallo und danke für die schnelle Antwort.

Aber warum wird denn der Karren nur bis zu einer bestimmten Geschwindigkeit v beschleunigt?
Stellt man sich einen Gegenstand vor, der aus irgendeiner Entfernung (Höhe) auf die Erde fällt nur unter Beachtung, dass die Gravitationskraft wirkt, so wird der Gegenstand auch immer schneller und Fg ist ja auch konstant.
Demnach ändert sich auch die Verformung der Erde bei Objekten die man aus höher Entfernung einschlagen lässt.

Müsste das gleiche Prinzip nicht auch auf eine horizontale Beschleunigung wirken?

Oder übersehe ich da etwas?

Viele Grüße

lena18 · Anmeldungsdatum: 11.10.2009 Beiträge: 464

Vielleicht ist meine Erklärung nicht fachlich genug, aber ich versuche es trotzdem.

Aus dem Stillstand wird prizipiell jedes Objekt beschleunigt.
Die Beschleunigung a oder g, gibt andererseits doch auch an, wie schnell man eine bestimmte Geschwindigkeit erreicht..

Je größer das a wird, desto schneller erreicht man v.
Wenn du bei deinem Karren nun keine Räder hättest, würdest du aufgrund der Haftreibung womöglich bei gegebener Beschleunigungskraft Fa, gar keine Bewegung auslösen, da die Haftreibung und die Massenträgheit entgegenwirken und diese zusammen größer wie Fa wären.

Wenn du die Haftreibung+Trägheit mit Fa überwunden hast und es geschafft hast die Masse in Bewegung zu setzen, dann wirkt danach nur noch die Gleitreibkraft und die Kraft Fa hat nur diese eine Beschleunigung vom Stillstand zur konstanten Bewegung bewirkt.. Die Beschleunigung fand also zwischen v=0 und v=x statt..

Brot · Anmeldungsdatum: 08.10.2009 Beiträge: 374 Wohnort: Dresden

Wenn immer eine Kraft F > 0N wirken würde, dann würde ohne Reibung auch immer beschleunigt und die Geschwindigkeit erhöht werden (wenn wir vereinfacht klassisch denken). Zu deinen Gedanken:

Wenn ein Körper fällt, wird er tatsächlich immer schneller. In der Realität gibt es jedoch Reibung (durch die Luft). Der Körper wird so lange beschleunigt, bis die Reibungskraft gleich der beschleunigenden Kraft ist. Die resultierende Kraft hat dann eine Beschleunigung von 0. Die Geschwindigkeit bleibt gleich.

Das passiert auch, wenn du etwas auf einer Oberfläche entlang ziehst. Du musst immer eine gewisse Kraft aufbringen, um die Reibung zu kompensieren.

Ich hoffe, dass dir das hilft.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3263

Der Karren wird solange beschleunigt solange du auf ihn eine Kraft ausübst.
Die Zeit ergibt sich durch den Weg.

Du hast ja selbst die Begrenzung mit x eingeführt. die Kraft wirkt über x, wenn du sie ins unendliche Wirken lässt, beschleunigt sie unendlich

Masseltof · Anmeldungsdatum: 01.01.2011 Beiträge: 43

Danke für eure Hilfen.

Genau damit hat sich meine Frage auch geklärt.
Ich denke manchmal an etwas und versuche mir das Gedankenexperiment mit meinen Beobachtungen zu stützen, was wie sich herausstellt, etwas blöd ist, da meine Bedingungen nicht den Bedingungen eines idealen Systems entsprechen.

Grüße und gute Nacht.

Brot · Anmeldungsdatum: 08.10.2009 Beiträge: 374 Wohnort: Dresden

Packo · Gast

lena,
du solltest besser bei deinen Statikaufgaben bleiben ehe du skurriles Gedankengut über die Dynamik verbreitest.