Frage zur Arbeit

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Was ich an der Physik nicht ganz kapiere ist die Arbeitsdefinition.
Vielleicht kann mir da jemand mal auf die Sprünge helfen.
Ich will nicht sagen ich kapiers nicht sondern aus meiner logischen Sicht ist sie fehlerhaft.

Folgendes:
Arbeit ist ja immer das Produkt aus Kraft mal Weg.

Dabei muß die Kraft in Wegrichtung wirken, weil sonst ist es nach physikalischer Auffassung keine Arbeit. Auch wenn gar kein Weg zurückgelegt wird ist es keine Arbeit. Genau da stellt sich für mich ein Fehler dar, den ich in 2 Punkten erklären will und hoffe jemand bringt mir die Erleuchtung.

1) vertikale Kraft über eine Wegstrecke ist keine Arbeit!

Ich habe einen Körper dm betrachtet der sich horizontal mit der Geschwindigkeit v bewegt (ohne Gewichtskraft).

Dieser besitzt die Energie von Ekin.

Wir wollen nun diese Geschwindigkeit des Körpers umlenken, sodass sie unter einen Winkel wirkt, aber mit gleichem Betrag.

http://members.chello.at/thorsten.artner/Problemstellung1.jpg

= negativ

= positiv

Man muß also zwei Arbeiten vollbringen. Einerseits muß man die Geschwindigkeit in x bremsen, anderseits muß man die Geschwindigkeit in y erhöhen.
Man leistet die Arbeiten Wx und Wy. Entweder gleichzeitig oder nacheinander, beides führt zum selben Resultat.

Aus der Arbeitsdefinition folgt:

Da Ekin horizontal (Anfang) und Ekin Winkel (Ende) gleich sein soll muß gültig sein:

Ekin Winkel wird wie folgt berechnet.

Energieerhaltungssatz:

Wx wird dem System abgeführt, Wy zugeführt.

Der Ausdruck in Klammer ergibt 1.

Somit ist also gültig, wie vorher schon erwähnt

Eine weitere viel wichtigere Schlussfolgerung daraus ist das Wx und Wy gleich groß sein müssen damit obiges gilt. Nur einmal abgeführt und einmal zugeführt.

Es gilt:

Wx negativ, Wy positiv

Das bedeutet ich muß zwar die Arbeit Wx leisten und Wy aber ich bewirke im Endeffekt damit keine resultierende Arbeit auf das System Körper.
Ich hab zwar Arbeit ausgeführt diese spiegelt sich aber nur in der >>>Winkeländerung<<< wieder. Nicht aber in der Gesamtarbeit.

Die Physik würde hier also sagen man hätte keine Arbeit geleistet, wie sie das bei der Zentripetalkraft definiert.

Aber man kann nicht sagen das keine Arbeit geleistet wurde. Es wurden Wx und Wy geleistet. Zum Winkel ändern wie man sieht ist !!!Arbeit!!! notwendig aber eben keine resultierende Arbeit die den Betrag der Geschwindigkeit verändert.

Man betrachte nun was passiert, wenn man die beiden Arbeitskomponenten Wx und Wy gleichzeitig erledigt.
Wir haben nachdem wir die Arbeit geleistet haben einen Weg sx und einen Weg sy zurückgelegt. Verbinden wir die beiden geometrisch erhalten wir den Weg s der einen gewissen Winkel

hat.

http://members.chello.at/thorsten.artner/Problemstellung2.jpg

Wir können schreiben:

Mit den Formeln von oben:

erhalten wir:

Kraftwinkel

:

Würde die Kraft genau in Wegrichtung liegen dann würde sich

wie folgt errechnen:

Würde die Kraft genau normal auf den Weg stehen dann erhalten wir folgendes:

Welch Zufall und genau das haben wir als Resultat. Die Kraft steht normal auf die Wegrichtung somit wird ja bekanntlich im physikalischen Sinne keine Arbeit geleistet.

1) vertikale Kraft über eine Wegstrecke ist keine Arbeit!

Wie wir aber weiter oben gesehen haben erfordert es doch Arbeit aber keine Resultierende.

Ich komme nun zurück zur Zentripetalkraft.

Die Zentripetalkraft bewirkt ja keine Winkelbeschleunigung, sondern nur eine Winkelveränderung der Geschwindigkeit obwohl die Kraft über den Umfang wirkt. Das Problem ist das sie vertikal zum Weg wirkt und nicht in Wegrichtung dadurch ist im physikalischen Sinne die Arbeit 0.
Das stimmt auch nach meiner Auffassung auf die resultierende Arbeit, jedoch genau betrachtet mußte sie trotzdem Arbeit vollbringen in x und y
die halt im Endergebnis keine resultierende Arbeit bringen.

Wenn ich zum Beispiel mit meiner Hand die Zentripetalkraft aufbringen muß dann erschlaffen meine Muskeln immer mehr je öfter ich umdrehe.
weil ich eben diese Arbeiten in x und y vollbringen muß, meiner Auffassung nach.
Diese überlegung hat mich zu obigen getrieben.

Wenn ich nun die Zentripetalkraft über den halben Kreisumfang betrachte.
Dann kann ich diese in x und y Komponenten zerlegen ebenso den zurückgelegten Weg am Kreisumfang, kann ich in x und y Komponenten zerlegen.

Ich hätte dann eine Zentripetalkraft in x und einen Weg in x der beim halben Kreisumfang am Ende die Größe des Radius hat...ebenso das gleiche in y.

ich hätte also eine Kraft in Wegrichtung in x und eine Kraft in Wegrichtung in y.
das ergibt zwei Arbeitskomponenten Wx und Wy.
Die Gesamtarbeit W = Wx +Wy.
Da aber die kinetische Energie gleich bleibt muß die resultierende Gesamtarbeit W=0 sein. Auf eine Gesamtarbeit von 0 kommt man aber nicht nur wenn wx=0 und wy=0 sind. sondern eben auch wenn diese entsprechend gleich groß mit Wert sind nur in andere Richtungen zeigen.

Nun zur nächsten Frage: Stillstandsarbeit

Wie wir ja wissen ist Arbeit Kraft (in Wegrichtung) * Weg

Diese Formel gilt solange wie

den Weg in Kraftrichtung beschreibt.

Nun ist es aber so wenn ich einen Gegenstand halte und dabei die Gewichtskraft wirkt, muß ich selbige aufbringen. Weil diese mit der Beschleunigung g auf den Körper wirkt und ich mit der Beschleunigung a=-g einwirke.

Nehm ich nun die obige Formel her und setze ein.

Ich erhalte eine Stillstandsarbeit. Je länger ich den Gegenstand halte umso größer wird meine Arbeit.

In der Physik ist aber Arbeit nur Kraft * Weg und der Weg ist ja 0 somit wär die Arbeit 0 und wie oben beschrieben steht

nicht für den zurückgelegten weg, weil der ja 0 ist.

Für mich macht es aber jetzt aus logischer sicht Sinn das es eine Stillstandsarbeit gibt, denn wie erklärt man sonst das man den Gegenstand nur bestimmte zeit halten kann, und dann die Muskeln immer mehr erschlaffen????

pressure · Anmeldungsdatum: 22.02.2007 Beiträge: 2496

Du hast scheinbar nicht verstanden, was Arbeit "physikalisch" ist, du verwechelst diesen Begriff pausenlos ohne, dass es dir scheinbar Bewusst ist, mit dem alltäglichen bzw. umgangssprachliche Begriff der Arbeit.

Die Arbeit ist in der Physik die Energie, die durch eine Kraft längs eines Weges auf einen Körper übertragen wird.

Nicht mehr und nicht weniger !

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

da ist soweit gar kein Denkfehler drin - du könntest zB eine Masse durch separate Positionsgeber in x- und y-Richtung auf einer Kreisbahn halten. Klar dass dann immer ein Geber Beschleunigungsenergie liefert, während der andere Bremsenergie aufnehmen muss. Die Gesamtenergie der Kugel bleibt aber konstant - und das ist das Wesentliche, nämlich ein Erhaltungssatz für diese Art von Bewegung.

Deine Ansichten, dass eine Decke gleichermassen positive und negative Arbeiten für einen aufgehängten Kronleuchter leisten muss, ist zwar originell, aber aus meiner Sicht zu nichts gut...

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Um das mit der Arbeit der Decke noch näher zu erleuchten.
und wie relative der Ausdruckarbeit ist.

Folgendes Gedanken Experiment:

Ich stehe und halte einen Gegenstand. Dabei wirkt die Gewichtskraft des Gegenstandes und ich wirke aus reactio mit einer Kraft entgegen.

Die Physik sagt aus meine Arbeit wäre 0, da kein zurückgelegter Weg.

Bewege ich mich nun samt Gegenstand mit einer konstanten Geschwindigkeit nach unten, somit hab ich einen Weg in Kraftrichtung.
Aufeinmal führe ich Physikalisch gesehen eine Arbeit aus, obwohl ich das gleiche mache wie vorher. Ein Reactio auf die Gewichtskraft. in meinem Bezugssystem mach ich das selbe wie vorher. trotzdem führ ich hier laut physik eine Arbeit aus.

Wir betrachten einen Wohnraum an dem an der Decke ein Kronleuchter hängt. Dieser übt genauso ein reactio auf die Gewichtskraft aus.
Die physikalische Arbeit wäre 0. Bewegt sich nun der Wohnraum mit konstanter Geschwindigkeit nach oben oder unten. So führt der Kronleuchter auf einmal eine physikalische Arbeit aus, obwohl er in seinem Bezugssystem das selbe macht wie vorher. ein reactio auf die Gewichtskraft.

So abwägig ist es also gar nicht das ein Kronleuchter Arbeit verrichtet.

Ein System das sich in Bewegung befindet führt also obwohl es in ihm selbst so aussieht als wär physikalisch die Arbeit 0 eigentlich eine physikalische Arbeit aus. Je länger die Zeit vergeht umso größer ist der Weg umso größer ist die Arbeit.

Und genau das beziehe ich auf die Stillstandsarbeit.

wishmoep · Anmeldungsdatum: 07.09.2008 Beiträge: 1342 Wohnort: Düren, NRW

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Frage an wishmoep:

Wirkt meine Kraft dann über einen Weg oder nicht, wenn sich das System in Bewegung befindet.???

Wenn ja führe ich eine Arbeit aus...Arbeit = Kraft mal weg!!!

Die Gesamtarbeit ist aber null. stimmt. aber ich führe eine Arbeit aus.

wishmoep · Anmeldungsdatum: 07.09.2008 Beiträge: 1342 Wohnort: Düren, NRW

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Folgendes wenn ich einen Körper mit einer konstanten Geschwindigkeit verschiebe und dabei die Reibkraft aufbringe. Dann leiste ich doch Arbeit. weil da ein Weg vorhanden. Die Reibkraft verrichtet dann genau die gleich große Arbeit in entgegengesetzter Richtung. somit ist die Gesamtarbeit = null .. Die zwei Arbeiten heben sich auf.

Das würde sich zu deiner Erklärung wiedersprechen.

Bewegt sich ein Körper mit einer konstanten Geschwindigkeit nach oben.

Dann führe ich eine Arbeit aus die gleich der Gewichsarbeit ist die Hubarbeit genannt wird.
Nach deinem Prinzip heben sich die beiden Arbeiten auf...und wir hätten null arbeit geleistet..

FMeine Kraft * s = FG*s

irgendwie widerspricht sich da alles

Herbststurm · Anmeldungsdatum: 05.09.2008 Beiträge: 412 Wohnort: Freiburg i. Brsg.

Denkt nicht so kompliziert, denn hier gibt es nichts kompliziertes.

Arbeit bedeutet Energieänderung. Fertig. Nicht mehr und nicht weniger.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

schön und gut wo ist die Energieänderung wenn ich einen Körper mit konstanter Geschwindigkeit verschiebe?.
Also leiste ich da keine Arbeit gegen die Reibkraft?

Herbststurm · Anmeldungsdatum: 05.09.2008 Beiträge: 412 Wohnort: Freiburg i. Brsg.

Sieh dir mal nochmal die ersten drei Newton Gesetze an! Du bringst da elementare Grundkenntnisse durcheinander.

Die Aussage über meinem ersten Post hier ist grober Unfug, genau so wie die letzte. Finde mit obigem Tipp heraus wieso.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Du meinst die Erwärmung? steh auf der Leitung.

Wenn ich den Gegenstand halte hab ich auch Energieänderung bei mir also leiste ich dort auch Arbeit.

Steh auf der Leitung

Herbststurm · Anmeldungsdatum: 05.09.2008 Beiträge: 412 Wohnort: Freiburg i. Brsg.

Okay, deine von dir gewünschte Situation:
Du willst einen Körper verschieben und es existieren dissipative Kräfte. Du verlangst, dass der Körper konstante Geschwindigkeit behält.

1.) Bewegt sich der Körper, so besitzt er auch immer eine kinetische Energie. Das heisst hier, dass Arbeit an im verrichtet wird.
Achte auf die Zeitform Gegenwart. Arbeit wurde am Körper verrichtet ist hier falsch. Es heisst "wird" an ihm verrichtet. "Wird" und nicht "wurde" folgt aus dem 1. Newtonschen Gesetz.

2.) Die Reibung welche der Bewegung entgegen wirkt verringert obige Bewegungsenergie. Bleibt diese wie von dir verlangt konstant, heisst das auch, dass entsprechend der Körper konstant eine bestimmte Kraft erfährt.

3.) Die Reibkraft ist kleiner als die wirkende Kraft, sonst würde der Körper sich nicht bewegen können! Dementsprechend ist deine Aussage, dass die Gesamtarbeit Null sei Quark.

Das folgt schon alleine aus der Bedingung, dass er Körper sich bewegt. Hier gibt es dann gerne versuche über Kreisbewegung zu gegenargumentieren. Das ist aber Nonsense, da dort auch eine kinetische Energie anzugeben ist und denke daran. Arbeit ist Energieänderung! Damit lässt sich das Problem der Kreisbewegung leicht lösen, sofern sich ein Radius z.B. ändert. Folgt letzlich direkt aus der Definition. Die Riemann-Integral Darstellung versteht sich.

Herbststurm · Anmeldungsdatum: 05.09.2008 Beiträge: 412 Wohnort: Freiburg i. Brsg.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Okay verstehe also ist Arbeit nicht immer stur Kraft mal Weg, sondern nur Energieänderung.
Das bedeutet eine Kraft die über einen Weg wirkt ist nicht immer Arbeit..

Stimmt das jetzt so? Ich mein jetzt die einzelnen Kräfte betrachtet. nicht die Summe

Herbststurm · Anmeldungsdatum: 05.09.2008 Beiträge: 412 Wohnort: Freiburg i. Brsg.

Herbststurm · Anmeldungsdatum: 05.09.2008 Beiträge: 412 Wohnort: Freiburg i. Brsg.

evtl. hilft es dir mal die klassischen Energiedarstellungen herzuleiten? Mach das doch mal Augenzwinkern

Das ganze muss man eh unter vorbehalt sehen. Arbeit bedeutet Energieveränderung, Energie wird aber nicht über Arbeit erklärt.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Danke auf jedenfall ich muß da nochmal nachgrübeln, alles leuchtet mir noch nicht ein.
Vielleicht verwechsel ich das ganze auch zu sehr mit dem alltäglichen Begriff von Arbeit wie pressure schon meinte.

Im Prinzip komm ich ja mit den Energieansätzen immer auf die selbe Lösung wie wenn ich Kräfte zeit und Beschleunigungen betrachte. Die Herleitung versteh ich auch.

Aber wenn ich mir zum Beispiel den Kofferträger vorstelle der keine Arbeit vollbringt, naja.

kommt mir komisch vor.

MFg

Herbststurm · Anmeldungsdatum: 05.09.2008 Beiträge: 412 Wohnort: Freiburg i. Brsg.

Wie gesagt, du musst das eh alles unter vorbehalt sehen. Studierst du Physik, oder ein Ingenieruswesen?

Falls du Physik studierst, dann kannst dich wenn die Zeit und Lust hast mal genauer mit Energie zu beschäftigen, denn die kinetische Energie zum Beispiel ist nicht das wie man sie in der Theoretischen Physik Vorlesung hergeleitet bekommt.

Nur als hoffentlich Interesse schaffende Randbemerkung:
Genau genommen ist die kinetische Energie eine positiv definite Quadratform auf einer Riemann Mannigfaltigkeit. Die induzierte Riemann-Metrik ist ja dann gerade der Grund, weshalb man überhaupt mit soetwas wie

arbeiten kann. Dazu muss man aber etwas symplektische Geometrie betreiben.
Der Arnold ist da ein sehr tolles Buch zum einlesen, so als empfehlung Augenzwinkern

Der Overkill mit dem ich derzeit Kämpfe ist der Abraham. Dagegen ist ein Landau-Lifschitz z.B. Kindergarten Niveau. Bin wie du siehst selbst auch noch damit beschäftigt zu verstehen was Mechanik eigentlich ist grübelnd

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Hab nur die Höhere Technische Lehranstalt für Maschinenbau und Automatisierungstechnik absolviert, das aber vor 12 Jahren, hab, nie studiert, eigentlich nur noch Hobby mäßig was mit Physik zu tun. Physik zu verstehen schadet nie, hilft durch den Alltag.

Warum ich das Ganze eigentlich angeschnitten hab, war eigentlich nur der Grund das mir die Definition nicht richtig erschien, weil ich es anscheinend zu sehr mit der Alltagsarbeit vergleiche.

Eine Formelspielerei hat mich zum zweifeln gebracht.

Die Formel sagt aus, das ich bei größerer Masse eine höhere Zeit benötige um die gleiche Beschleunigungsarbeit zu erhalten. also einen höheren Impuls.

Beschleunige ich zum Beispiel die doppelte Masse mit der Arbeit F*s dann hab ich für den durchlauf des Weg s längere Zeit benötigt als mit der Hälfte der Masse, aber die gleiche Arbeit geleistet.

Und für mich war es unvorstellbar das die gleiche Kraft über eine größere Zeit aufgebracht die gleiche Arbeit bringt.

Da für mich nur gleiche Kraft über gleiche Zeit als gleichwertige Arbeit erschien. oder Hälfte Kraft über doppelte Zeit

Das käme dann aber den Impuls gleich.

Eine Feder die sich zusammendrückt es blunz pipen egal wie lange es dauert bis sie sich zusammengedrückt hat sie leistet immer die gleiche Arbeit Kraft mal Federweg.

Beim Menschen ist aber die Zeit nicht egal. Wenn der die doppelte Masse bremsen muß die die selbe kinetische Energie hat wie da halbe Masse, dann muß er zwar die gleiche Kraft über den gleichen Weg bringen, aber das kann länger dauern als die halbe Masse bei der selben Kraft und selben Weg.

Das irritiert mich. Weil es beim Erschöpfungsgrad des Menschen drauf ankommt wie lange er von der Zeit her eine Kraft aufbringen muß.

Bei Materialen ist das egal.

wishmoep · Anmeldungsdatum: 07.09.2008 Beiträge: 1342 Wohnort: Düren, NRW