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Arbeit

Der physikalische Begriff der Arbeit beschreibt die mechanische Energie, die in einen Prozess gebracht wurde.

Arbeit W ist allgemein Kraft x Weg, genauer das Skalarprodukt von Kraft und Weg, also die Kraftkomponente, die entlang eines Weges wirkt. Kraft und Weg werden dabei als Vektoren betrachtet und es gilt:

oder mit skalaren Größen:

Ist die Kraft über die Wegstrecke nicht konstant, muss mit dem Wegintegral gearbeitet werden.



Die Arbeit hat die Einheit Joule.



Auffällig ist, dass Arbeit und Energie die gleiche Einheit haben. Dies lässt sich dadurch erklären, dass einem Körper Energie zugeführt wird, wenn an ihm Arbeit verrichtet wird.



Arten der Arbeit

Es gibt verschiedene Arten der Arbeit: Hubarbeit, Reibarbeit, Beschleunigungsarbeit und Verformungsarbeit.

Hubarbeit

Hubarbeit wird verrichtet, wenn ein Körper entgegen der Schwerkraft bewegt wird. Die für die Arbeit relevante Kraftkomponente ist diejenige in Richtung der Schwerkraft, also die Gewichtskraft des Körpers. Die relevante Strecke ist die Höhe, um die der Körper gehoben wird.

Es gilt:

Reibarbeit

Reibarbeit wird verrichtet, wenn bei der Bewegung eines Körpers entlang einer Strecke eine Reibkraft überwunden werden muss.

Dann gilt:

, wobei die Normalkraft ist.

Beschleunigungsarbeit

Auch eine Kraft, die nicht in Richtung der Schwerkraft, sondern senkrecht zur Schwerkraft an einem Körper angreift, verrichtet Arbeit an dem Körper. Man nennt dies Beschleunigungsarbeit, da der Körper durch diese Kraft an Bewegungsenergie gewinnt, also beschleunigt wird.

Es gilt:

, wobei die Beschleunigungskraft ist.

und mit :

Verformungsarbeit

Verformungsarbeit wird verrichtet, wenn ein Körper aus seiner Ursprungsform verformt wird. Im einfachsten Fall kann dies eine Feder sein.

Dann gilt:

, wobei die Federkraft bei Auslenkung um den Weg s ist.



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