Arbeit (Physik)
In der Physik wirkt eine Kraft, wenn sie auf einen Körper einwirkt und eine Verschiebung des Angriffspunktes in Richtung der Kraft vorliegt.
Die Arbeit, die eine auf einen Körper wirkende Kraft leistet, ist die Kraft entlang der Richtung der Verschiebung multipliziert mit der Verschiebung des Angriffspunktes.
Es ist die Kraft, die die Arbeit verrichtet, nicht der Agent, der die Kraft geschaffen hat. Bewegung ist eine Voraussetzung für Arbeit.
Wie die Energie ist sie eine skalare Größe, mit SI-Einheiten von Joule. Wärmeleitung wird nicht als eine Form der Arbeit betrachtet, da es keine makroskopisch messbare Kraft gibt, sondern nur mikroskopische Kräfte, die bei atomaren Kollisionen auftreten. Der Begriff Arbeit wurde in den 1830er Jahren von dem französischen Mathematiker Gaspard-Gustave Coriolis geschaffen.
Nach dem Arbeit-Energie-Satz ist die mechanische Arbeit (W) gegeben, wenn eine äußere Kraft auf ein starres Objekt einwirkt und eine Änderung seiner kinetischenEnergie von Ek1 nach Ek2 bewirkt:
W = Δ E k = E k 2 - E k 1 = m v 2 2 2 2 - m v 1 2 2 {\Anzeigeart W=\Delta E_{k}=E_{k_{2}}-E_{k_{1}}={\frac {mv_{2}^{2}}}{2}}}-{\frac {mv_{1}^{2}}}{2}}} 
wobei m die Masse des Objekts und v die Geschwindigkeit des Objekts ist.
Wenn eine konstante Kraft F auf ein Objekt wirkt, während das Objekt um eine Strecke d verschoben wird, und die Kraft und die Verschiebung parallel zueinander sind, ist die am Objekt geleistete Arbeit das Produkt aus F und d:
W = F ⋅ d {\d {\displaystyle W=F\cdot d} 
Wenn die Kraft und die Verschiebung in die gleiche Richtung gehen, ist die Arbeit positiv. Wenn die Kraft und die Verschiebung in entgegengesetzter Richtung wirken, ist die Arbeit negativ. Zum Beispiel ist die Arbeit, die das Gewicht auf ein zu hebendes Buch ausübt, negativ. Das liegt daran, dass das Gewicht nach unten in entgegengesetzter Richtung zur Verschiebung nach oben wirkt.
Ein Baseball-Pitcher wirkt auf den Ball ein, indem er Energie auf den Ball überträgt.
Fragen und Antworten
F: Was ist Arbeit in der Physik?
A: Arbeit ist die Kraft, die ein Objekt erfährt, wenn eine Kraft für eine bestimmte Zeit auf es einwirkt.
F: Wie wird Arbeit mathematisch dargestellt?
A: Arbeit wird durch die Formel W=Fs cos è dargestellt, wobei W für Arbeit, F für die Größe der Kraft, s für die Verschiebung und cos è für den Winkel zwischen der Richtung der Kraft und der tatsächlichen Richtung der Verschiebung steht.
F: Was passiert, wenn zwischen der Richtung der Kraft und der Verschiebung ein Winkel besteht?
A: Wenn zwischen der Richtung der Kraft und der Verschiebung ein Winkel besteht, wird weniger Arbeit verrichtet, da die Effizienz geringer ist als bei einem Schub in paralleler Richtung. Je senkrechter (90°) zur Kraftrichtung, desto mehr Arbeit wird verrichtet. Wenn die Bewegung größer als 90° ist, geht sie in die entgegengesetzte Richtung als die, die durch die Kraft beabsichtigt war, was zu negativer Arbeit führt.
F: Wird Wärmeleitung als eine Form von Arbeit betrachtet?
A: Nein, Wärmeleitung wird nicht als eine Form von Arbeit betrachtet, da keine makroskopisch messbaren Kräfte vorhanden sind, sondern nur mikroskopische Kräfte, die bei atomaren Kollisionen auftreten.
F: Wer hat den Begriff 'Arbeit' erfunden?
A: Der Begriff 'Arbeit' wurde von dem französischen Mathematiker Gaspard-Gustave Coriolis in den 1830er Jahren erfunden.
F: Was besagt das Arbeit-Energie-Theorem?
A: Wenn eine äußere Kraft auf ein starres Objekt einwirkt und seine kinetische Energie von Ek1 auf Ek2 ändert, kann die mechanische Arbeit (W) nach dem Arbeit-Energie-Theorem mit mv2/2 - mv1/2 berechnet werden, wobei m für die Masse und v für die Geschwindigkeit steht.
