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[quote="Jayk"]Für die Arbeit ist eigentlich der zeitliche Ablauf nicht entscheidend, in einführenden Physiklehrbüchern wirst du [latex]W = \int \vec F(\vec r)\cdot d \vec r[/latex] finden. Falls du Probleme hast, die Zeit vollzubekommen (die hätte ich nämlich bei diesem Thema), wäre das ein Aspekt, auf den du eingehen kannst und solltest (hier der Einfachheit halber alles eindimensional): Man nehme eine Umparametrisierung, also eine Trajektorie [latex]x(t)[/latex] und eine andere Trajektorie [latex]x(\tau (t))[/latex], wobei [latex]\tau (t)[/latex] eine streng monoton wachsende Funktion sein soll mit entsprechenden Differenzierbarkeitseigenschaften, sodass die Kettenregel bzw. Substitutionsregel anwendbar ist (die genauen Voraussetzungen kannst du dir selbst überlegen, falls euer Mathelehrer auf so etwas Wert legt). Das bedeutet nichts anderes, als dass wir die Bewegung x(t) etwas schneller/langsamer ablaufen lassen, jedoch dieselben Raumpunkte in derselben Reihenfolge abfahren. Dann ist die Arbeit für die umparametrisierte Bewegung definiert als [latex]W := \int F(x(\tau (t))) \frac{d (x(\tau (t)))}{d t}\,d t = \int F(\xi )\,d\xi = \int F(x(t)) \frac{d (x(t))}{d t}\,d t[/latex], ist also gleich der Arbeit für die ursprüngliche Bewegung. Für deine "Herleitung" wäre es wichtig zu wissen, wie ihr in Physik Arbeit tatsächlich definiert habt. Denn normalerweise [i]ist[/i] das die Definition und Leistung ist die daraus abgeleitete Größe. Jemand (ich weiß nicht, wer) hat mal gesagt, eine gute Definition ist das Ergebnis eines Satzes. Das heißt, guter Stil wäre es, erst zu zeigen, dass derartige Integrale unabhängig von der Parametrisierung sind, und anschließend die somit begründete Definition als [latex]\int \vec F(\vec r)\,d \vec r[/latex] zu bringen (fürs Eindimensionale ist das gar nicht notwendig, denn da kann man einfach [latex]\int F(x)\,dx[/latex] als ganz normales Riemannintegral schreiben, aber Physik findet nunmal in mehreren Dimensionen statt). Wirklich gute Seiten scheint es nicht zu geben, aber du kannst ja mal in Skripten zur theoretischen Physik oder zu mathematischen Methoden suchen. Hier (http://www.ita.uni-heidelberg.de/research/bartelmann/files/theorie1.pdf) wird das ab Seite 37 ("Kurvenintegrale") kurz erklärt, aber Beispiele gibt es natürlich nicht (du kannst dir natürlich selbst ein paar Beispiele ausdenken, z.B. für die Bewegung im konstanten Kraftfeld [latex]F(x) = m g[/latex], dem freien Fall, oder im Kraftfeld [latex]F(x) = - k x[/latex], der Feder).[/quote]
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Jayk
Verfasst am: 10. März 2015 17:19
Titel:
Das heißt, dass man erstmal alles für diskrete Werte
macht und dann an irgendeiner Stelle den Limes
nimmt. An welcher Stelle man das in welcher Form tut, muss man abhängig vom Kontext entscheiden (Physiker sind da manchmal auch etwas unpräzise).
Beispiel: Differenzenquotienten
gehen in
über;
Summen
gehen in Integrale
über (jedenfalls für stetige x(t)).
firosh
Verfasst am: 10. März 2015 16:15
Titel:
Danke für die Hilfe,
Ich hätte da noch eine Frage,
ich meinem Skript steht "Hat man ein Gerät, das keine gleichbleibende Leistung erbringt, so greift man zu den gleichen Überlegungen wie in Bezug auf die Abhängigkeit Strecke-Geschwindigkeit, unterteilt also in kleine Zeitabschnitte Delta (hab das Zeichen dazu nicht gefunden) t in denen kleine
"Portionen" Arbeit verrichtet werden, und lässt
den Wert Delta t dann gegen 0 gehen
.
Ich würde gern wissen was mit dem Wert Delta t dann gegen 0 gehen, gemeint ist.
E=mc²
Verfasst am: 09. März 2015 17:27
Titel:
Naja, wenn man Inhalt braucht, um die Zeit zu füllen (was auch ich mir bei dem Thema gut vorstellen kann...) würde ich halt erwähnen, dass Energie und Arbeit das selbe sind und man somit verschiedene Formeln herleiten kann:
Wie von Jayk schon erwähnt die Federenergie mit dem Hooke'schen Gesetzes oder die Potenzielle Energie mit F=mg.
Aber natürlich auch die potenzielle Energie mit dem Newton'schen Gravitationsgesetz, wo dann nicht wie mithilfe von F=mg das bekannte E=mgh herauskommt, sondern etwas anderes. Dann kann man nämlich auch darauf eingehen, das mgh eine Näherung ist und wann/warum die erlaubt ist. Auch erwähnenswert ist, dass das auch für das Coulomb-Gesetz geht.
Jayk
Verfasst am: 09. März 2015 17:05
Titel:
Für die Arbeit ist eigentlich der zeitliche Ablauf nicht entscheidend, in einführenden Physiklehrbüchern wirst du
finden. Falls du Probleme hast, die Zeit vollzubekommen (die hätte ich nämlich bei diesem Thema), wäre das ein Aspekt, auf den du eingehen kannst und solltest (hier der Einfachheit halber alles eindimensional):
Man nehme eine Umparametrisierung, also eine Trajektorie
und eine andere Trajektorie
, wobei
eine streng monoton wachsende Funktion sein soll mit entsprechenden Differenzierbarkeitseigenschaften, sodass die Kettenregel bzw. Substitutionsregel anwendbar ist (die genauen Voraussetzungen kannst du dir selbst überlegen, falls euer Mathelehrer auf so etwas Wert legt). Das bedeutet nichts anderes, als dass wir die Bewegung x(t) etwas schneller/langsamer ablaufen lassen, jedoch dieselben Raumpunkte in derselben Reihenfolge abfahren. Dann ist die Arbeit für die umparametrisierte Bewegung definiert als
,
ist also gleich der Arbeit für die ursprüngliche Bewegung.
Für deine "Herleitung" wäre es wichtig zu wissen, wie ihr in Physik Arbeit tatsächlich definiert habt. Denn normalerweise
ist
das die Definition und Leistung ist die daraus abgeleitete Größe.
Jemand (ich weiß nicht, wer) hat mal gesagt, eine gute Definition ist das Ergebnis eines Satzes. Das heißt, guter Stil wäre es, erst zu zeigen, dass derartige Integrale unabhängig von der Parametrisierung sind, und anschließend die somit begründete Definition als
zu bringen (fürs Eindimensionale ist das gar nicht notwendig, denn da kann man einfach
als ganz normales Riemannintegral schreiben, aber Physik findet nunmal in mehreren Dimensionen statt).
Wirklich gute Seiten scheint es nicht zu geben, aber du kannst ja mal in Skripten zur theoretischen Physik oder zu mathematischen Methoden suchen. Hier (http://www.ita.uni-heidelberg.de/research/bartelmann/files/theorie1.pdf) wird das ab Seite 37 ("Kurvenintegrale") kurz erklärt, aber Beispiele gibt es natürlich nicht (du kannst dir natürlich selbst ein paar Beispiele ausdenken, z.B. für die Bewegung im konstanten Kraftfeld
, dem freien Fall, oder im Kraftfeld
, der Feder).
firosh
Verfasst am: 09. März 2015 16:01
Titel: Arbeit als Integral
Hallo ihr!
Ich gehe in die 12. Klasse und habe mit einem Thema einige Schwierigkeiten.
Ich muss in den kommenden Tagen ein Mathevortrag zum Thema physikalische Arbeit als Integral halten.
Meine Frage lautet nun, kennt ihr eine gute Seite, bei der es ordentliche Beispielaufgaben zu diesem Thema gibt ?
Vielen Dank im Vorraus
Meine Ideen:
- Leistung physikalisch definiert Arbeit pro Zeit (P=W/t), wenn in gleichen Zeitabschnitten konstante Arbeit verrichtet wird
- Umgekehrt wird daraus W=P*t
- Herleitung
wenn die Leistung während der Zeit variiert