mechanische Arbeit

Physisch

2022

Wir erklären, was mechanische Arbeit in der Physik ist, ihre Eigenschaften und die Formel, um sie zu berechnen. Auch, welche Arten existieren und Beispiele.

Mechanische Arbeit ist die Energiemenge, die durch eine Kraft auf einen Körper übertragen wird.

Was ist mechanische Arbeit?

Im körperlich, und genauer gesagt in der Zweig des Mechanik, ist gemeint mit mechanischer Arbeit (oder einfach hat funktioniert) auf die Handlung von a Stärke an einem ruhenden Körper Bewegung, um a zu produzieren Verschiebung im Körper proportional zu den Energie investiert in die Kraft, die es bewegt. Mit anderen Worten, mechanische Arbeit ist die Energiemenge, die durch eine auf ihn einwirkende Kraft auf einen Körper übertragen wird.

Mechanische Arbeit ist Größe Skalar, der normalerweise in gemessen wird Internationales System (SI) durch Joule oder Joule (J) und wird durch den Buchstaben W (aus dem Englischen Arbeit, "Hat funktioniert"). Darüber hinaus sprechen wir oft von positiver oder negativer Arbeit, je nachdem, ob die Kraft Energie auf das Objekt überträgt (positive Arbeit) oder abzieht (negative Arbeit). Wer also beispielsweise einen Ball wirft, leistet positive Arbeit, wer ihn fängt, leistet negative Arbeit.

Merkmale der mechanischen Arbeit

Mechanische Arbeit ist gekennzeichnet durch:

  • Es ist eine skalare Größe, die in Joule gemessen wird (d. h. Kilogramm pro Quadratmeter geteilt durch eine Sekunde zum Quadrat) und durch den Buchstaben W dargestellt wird.
  • Sie hängt direkt von der Kraft ab, die sie verursacht, so dass für eine mechanische Arbeit an einem Körper eine mechanische Kraft auf einem definierten Weg auf ihn einwirken muss.
  • Im heutigen Sprachgebrauch wird der Begriff „Arbeit“ verwendet, um jene mechanische Tätigkeit zu definieren, deren Ausführung eine Menge Energie verbraucht.
  • Die Übertragung von Wärme (kalorische Energie) wird nicht als Arbeit betrachtet, obwohl sie in einer Energieübertragung besteht.

Formel für mechanische Arbeit

Die einfachste Formel, um die Arbeit eines Körpers zu berechnen, der durch eine Kraft bewegt wird, ist normalerweise die folgende:

W = F x d

Dabei ist W die geleistete Arbeit, F die auf den Körper wirkende Kraft und D die vom Körper erlittene Verschiebungsstrecke.

Kraft und Weg werden jedoch üblicherweise als vektorielle Größen betrachtet, die eine bestimmte Orientierung im Raum erfordern. Somit kann die obige Formel umformuliert werden, um eine solche Ausrichtung wie folgt einzuschließen:

W = F x d x cos𝛂

wobei der Kosinus von Alpha (cos𝛂) den Winkel zwischen der Richtung, in die die Kraft wirkt, und der Richtung, in die sich das Objekt als Ergebnis bewegt, bestimmt.

Arten mechanischer Arbeit

Negative Arbeit tritt auf, wenn die aufgebrachte Kraft der Bewegung widersteht, die das Objekt brachte.

Es gibt drei Arten von mechanischer Arbeit, je nachdem, ob sie das Energieniveau im sich bewegenden Körper hinzufügt, abzieht oder aufrechterhält. Somit können wir darüber sprechen:

  • Positive Arbeit (W > 0). Es tritt auf, wenn die Kraft dem betreffenden Objekt Energie zuführt und eine Verschiebung in die gleiche Richtung erzeugt, in der die Kraft ausgeübt wurde. Ein Beispiel hierfür wäre ein Golfspieler, der einen Ball mit dem Schläger schlägt und ihn mehrere Meter fliegen lässt, oder ein Baseballspieler, der einen sich bewegenden Ball schlägt und seine Flugbahn verändert.
  • Null Arbeit (W = 0). Es tritt auf, wenn die aufgebrachte Kraft keine Verschiebung des Objekts erzeugt, obwohl sie dabei Energie verbraucht. Ein Beispiel hierfür wäre eine Person, die ein sehr schweres Möbelstück schiebt, ohne dass es sich einen Zentimeter bewegt.
  • Negative Arbeit (W < 0).Es tritt auf, wenn die aufgebrachte Kraft Energie von dem betreffenden Objekt abzieht und der Bewegung widersteht, die das Objekt bereits gebracht hat, oder seine Verschiebung verringert. Ein Beispiel hierfür wäre ein Baseballspieler, der den von einem anderen geworfenen Ball fängt und ihn daran hindert, seine Flugbahn fortzusetzen; oder eine Person, die vor einem Objekt steht, das einen Hügel hinunterfällt, und es zwar nicht vollständig stoppen kann, aber es schafft, seinen Fall zu verlangsamen.

Beispiele für mechanische Arbeit

Einige Beispiele für mechanische Arbeit sind:

  • Bei einem Fußballspiel schießt der Schiedsrichter einen Elfmeter und Lionel Messi schießt den Ball mit einer Kraft von 500 N in Richtung Tor, wodurch er sich etwa 15 Meter weit bewegt, ohne den Boden zu berühren. Wie viel Arbeit haben Sie investiert, um dieses Tor zu erzielen?

Antwort: Wenn wir die Formel W = F x d anwenden, haben wir, dass Messi eine Arbeit von 500 N x 15 m geleistet hat, also eine Arbeit, die 7500 J entspricht.

  • Ein Zug fährt mit voller Geschwindigkeit nach Süden und steuert auf ein Auto zu, das auf den Gleisen feststeckt. Ein Superheld erkennt die Gefahr und beschließt, sich vor die Lokomotive zu stellen und ihre Fahrt zu stoppen. Wenn man bedenkt, dass der Zug eine Kraft von 20.000 N mit sich bringt, der Superheld unverwundbar ist und die Lokomotive 700 Meter vom eingeklemmten Auto entfernt ist, wie viel Arbeit muss der Superheld leisten, um ihn zu stoppen?

Antwort: Da das Abbremsen der Lokomotive in Gegenrichtung mindestens 20.000 N erfordert und der Superheld zwischen der Lokomotive und dem eingeklemmten Waggon mindestens 2 Meter Abstand lassen möchte, wissen wir, dass er Arbeit in Höhe von 20.000 N x aufwenden muss 698 m, also eine negative Arbeit von 13.960.000 J.

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