PhysProf - Mechanische Arbeit

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Mechanische Arbeit


Der Programmteil [Mechanik II]  - [Mechanische Arbeit] beschäftigt sich mit dem Themengebiet Arbeit aus dem Fachgebiet Mechanik.

PhysProf - Mechanische Arbeit

Verschiebt eine Kraft einen Körper auf einem bestimmten Weg, so verrichtet sie Arbeit. Unter Arbeit versteht man das Produkt aus Kraft und Weg. Sind Kraft- und Wegrichtung gleich, so gilt bei konstant wirksamer Kraft für die Arbeit:

W = F·s

Bilden Kraft- und Wegrichtung einen Winkel α, so gilt bei konstant wirksamer Kraft entsprechend:

W = F·s·cosα

Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper ein, so ist die verrichtete Arbeit aller Kräfte gleich der Summe aller von Einzelkräften verrichteten Arbeit und ist gleich der Arbeit der Resultierenden aller Kräfte. Die Arbeit einer Kraft, welche innerhalb eines bestimmten Zeitabschnitts verrichtet wird, wird als Leistung bezeichnet:

Leistung - Gleichung

Bei diesem Modell gilt:

Fr = (G-F·cos(α))·μ

WFr = Fr·s

WF = F·s·cos(α)

WGes = WF + WFr

 

G: Gewichtskraft des Körpers [N]

μ: Reibungskoeffizient

F: Einwirkende Kraft [N]

α: Richtungswinkel der einwirkenden Kraft [rad]

s : Zurückgelegte Strecke [m]

Fr: Reibungskraft [N]

WFr: Reibungsarbeit [J]

WFr: Bewegungssarbeit [J]

Wges: Gesamte verrichtete Arbeit [J]

P: Leistung [W]
 

Programmbedienung

Dieses Modul veranschaulicht das Prinzip der mechanischen Arbeit. Ein Körper bewegt sich hierbei unter dem Einfluss von Reibung, verursacht durch eine extern einwirkende Kraft, unter einem bestimmten Winkel auf einer Ebene.

Durch die Veränderung der Parameter des Modells (Absolutwert der Gewichtskraft G des Körpers, Reibungskoeffizient μ, einwirkende Kraft F und Richtung (Winkel a) der einwirkenden Kraft) können Sie die Werte für die Arbeit entnehmen, welche durch eine extern einwirkende Kraft unter dem Einfluss von Reibung verrichtet wird.

Diese Parameter verändern Sie durch die Benutzung der dafür vorgesehenen Rollbalken. Es kann dabei u.a. festgestellt werden, dass die Summe aller verrichteten Arbeiten gleich der kinetischen Energie 1/2·m·v² des Körpers ist, während dieser sich bewegt. Beachten Sie auch, dass die Arbeit, welche durch Reibung verursacht wird, stets negativ ist.

Starten können Sie die Simulation, indem Sie die Schaltfläche Start bedienen. In den Anfangszustand versetzen Sie die Darstellung wieder, wenn sie den Schalter Urzustand bedienen.
 

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