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Definition der Arbeit in der Physik

Definition der Arbeit in der Physik

In der  Physik wird Arbeit als eine Kraft definiert  ,  die die Bewegung – oder Verschiebung – eines Objekts verursacht. Bei einer konstanten Kraft ist Arbeit das Skalarprodukt der auf ein Objekt einwirkenden Kraft und der durch diese Kraft verursachten Verschiebung. Obwohl sowohl Kraft als auch Verschiebung Vektorgrößen sind. hat die Arbeit aufgrund der Natur eines Skalarprodukts (oder Punktprodukts) in der Vektormathematik keine Richtung . Diese Definition stimmt mit der richtigen Definition überein, da sich eine konstante Kraft lediglich in das Produkt aus Kraft und Abstand integriert.

Lesen Sie weiter, um einige Beispiele aus der Praxis zu erfahren und den Arbeitsaufwand zu berechnen.

 

Arbeitsbeispiele

Es gibt viele Beispiele für Arbeit im Alltag. Das Physik-Klassenzimmer  stellt einige fest: ein Pferd, das einen Pflug durch das Feld zieht; ein Vater schob einen Einkaufswagen den Gang eines Lebensmittelladens hinunter; eine Studentin, die einen Rucksack voller Bücher auf ihre Schulter hebt; ein Gewichtheber, der eine Langhantel über seinen Kopf hebt; und ein Olympianer, der den Kugelstoßen startet.

Im Allgemeinen muss eine Arbeit auf ein Objekt ausgeübt werden, damit es sich bewegt. Eine frustrierte Person, die gegen eine Wand drückt, nur um sich zu erschöpfen, macht also keine Arbeit, weil sich die Wand nicht bewegt. Ein Buch, das von einem Tisch fällt und auf den Boden trifft, wird zumindest in Bezug auf die Physik als Arbeit angesehen, da eine Kraft ( Schwerkraft. auf das Buch einwirkt und es nach unten verschoben wird.

 

Was funktioniert nicht?

Interessanterweise könnte ein Kellner, der ein Tablett hoch über dem Kopf trägt und von einem Arm gestützt wird, während er mit gleichmäßiger Geschwindigkeit durch einen Raum geht, denken, dass er hart arbeitet. (Er könnte sogar schwitzen.) Aber per Definition macht er  keine  Arbeit. Es stimmt, der Kellner wendet Gewalt an, um das Tablett über seinen Kopf zu schieben, und wahr, das Tablett bewegt sich durch den Raum, während der Kellner geht. Die Kraft – das Anheben des Tabletts durch den Kellner – bewirkt jedoch nicht, dass sich das Tablett bewegt. „Um eine Verschiebung zu verursachen, muss eine Kraftkomponente in Richtung der Verschiebung vorhanden sein“, bemerkt The Physics Classroom.

 

Arbeit berechnen

Die grundlegende Berechnung der Arbeit ist eigentlich ganz einfach:

W=Fd

Hier steht „W“ für Arbeit, „F“ ist die Kraft und „d“ steht für die Verschiebung (oder die Entfernung, die das Objekt zurücklegt). Physik für Kinder  gibt dieses Beispielproblem:

Ein Baseballspieler wirft einen Ball mit einer Kraft von 10 Newton. Der Ball bewegt sich 20 Meter. Was ist die Gesamtarbeit?

Um dies zu lösen, müssen Sie zunächst wissen, dass ein Newton als die Kraft definiert ist, die erforderlich ist, um eine Masse von 1 Kilogramm mit einer Beschleunigung von 1 Meter pro Sekunde bereitzustellen. Ein Newton wird im Allgemeinen als „N“ abgekürzt. Verwenden Sie also die Formel:

W=Fd

So:

W=10 N * 20 Meter (wobei das Symbol „*“ die Zeiten darstellt)

So:

Arbeit=200 Joule

Ein  Joule. ein Begriff, der in der Physik verwendet wird, entspricht der kinetischen Energie von 1 Kilogramm, die sich mit 1 Meter pro Sekunde bewegt.

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