Mechanische Arbeit
Berechnet die Arbeit W einer konstanten Kraft F entlang eines geraden Weges s in Kraftrichtung: W = F · s.
Mechanische Arbeit berechnen
Berechnet die Arbeit W einer konstanten Kraft F entlang eines geraden Weges s in Kraftrichtung: W = F · s.
- W — Arbeit
- F — Kraft
- s — Weg
Was ist mechanische Arbeit?
Eine Kraft verrichtet Arbeit, wenn sie einen Körper entlang eines Weges verschiebt. In der einfachsten Form — konstante Kraft, Kraft parallel zum Weg — ist die Arbeit das Produkt aus Kraftbetrag und Wegbetrag: W = F · s.
Die SI-Einheit der Arbeit ist das Joule: 1 J = 1 N · m. Arbeit ist eine Energieform; Arbeit, die an einem Körper verrichtet wird, erhöht dessen Energie (Bewegungs-, Lage- oder innere Energie).
Wirkt die Kraft schräg zum Weg, gilt die allgemeinere Form W = F · s · cos(α) — auf dieser Seite betrachten wir den parallelen Fall (α = 0°).
Die Formel
W = F · s
Auflösungen:
F = W / s
s = W / FDie Variablen
| Symbol | Bedeutung | Einheit | Erklärung |
|---|---|---|---|
| W | Arbeit | J | Verrichtete mechanische Arbeit (1 J = 1 N · m). |
| F | Kraft | N | Angreifende Kraft in Wegrichtung. |
| s | Weg | m | Zurückgelegter Weg in Kraftrichtung. |
Praxis-Beispiele
Beispiel 1 — Kiste schieben
Eine Kiste wird mit einer konstanten Kraft von 80 N über 5 m geschoben.
W = F · s
= 80 N · 5 m
= 400 JBeispiel 2 — Hubarbeit
Ein Sack von 250 N (≈ 25,5 kg) wird 1,80 m angehoben.
W = 250 N · 1,80 m
= 450 JBeispiel 3 — Kraft aus Arbeit und Weg
Eine Maschine verrichtet 1.200 J Arbeit über 4 m. Welche Kraft wirkt?
F = W / s
= 1.200 J / 4 m
= 300 NBeispiel 4 — Weg aus Arbeit und Kraft
Mit 60 N werden 900 J Arbeit verrichtet — wie weit wurde geschoben?
s = W / F
= 900 J / 60 N
= 15 mBeispiel 5 — Aufzug
Ein Aufzug mit 8.000 N Last fährt 12 m nach oben.
W = 8.000 N · 12 m
= 96.000 J
= 96 kJ