6.1 Energie, Arbeit und Leistung
Diese drei Begriffe werden gerne etwas durcheinander geschmissen. Wenn man damit rechnen möchte, dann ist es aber sehr wichtig, jeden Begriff richtig einordnen zu können. Hier soll das ersteinmal nur qualitativ geschehen.
Arbeit
Am einfachsten ist, man fängt mit der Arbeit an, dann für diese gibt es eine einfache Formel:
In Varaiblen:
Der physikalische Begriff der Arbeit entspricht daher nicht immer unserer Erfahrung: Wenn der Postbote vor der Tür steht, mit einem 30 kg schweren Paket im Arm, dann kann man ihn aus physikalischer Sicht ruhig 15 Minuten warten lassen, denn er verrichtet keine Arbeit. Solange er vor der Tür steht benötigt er zwar Kraft, um das Paket zu heben, aber er bewegt sich ja nicht von der Stelle. Wenn der Weg gleich Null ist, dann ist auch Kraft mal Weg gleich Null, egal wie hoch die Kraft ist. Also verrichtet jemand, der mit einem 30 kg schweren Paket nur herumsteht physikalisch gesehen keine Arbeit.
Energie
Wenn der Postbote das Paket fallen lässt, vielleicht auf den Fuss des langsamen Kunden, dann merkt der Kunde, dass dieses Paket durchaus Energie hatte.
Muss der Postbote das Paket in den sechsten Stock tragen, dann verrichtet er Hubarbeit und das Paket gewinnt an Lageenergie. Das Paket im sechsten Stock hat natürlich viel mehr Energie als unten vor der Haustür. Man könnte es ja aus dem Fenster werfen, dann wird der Unterschied sichtbar.
Wenn ein Auto beschleunigt, dann wird Beschleunigungsarbeit gespeichert. Ein fahrendes Auto hat schließlich Bewegungsenergie. Je schneller ein Auto fährt, desto mehr Beschleunigungsarbeit muss hineingesteckt werden und desto mehr Bewegungsenergie hat es schließlich.
Bei Reibung ist das etwas komplizierter. Wird ein schwerer Körper mühsam über den Boden geschoben, dann wird Reibungsarbeit geleistet. Der Körper gewinnt dabei aber keine "Reibungsenergie". Es wird etwas Arbeit geleistet, Kraft mal Weg, und außerdem wird bei Reibung Wärme erzeugt. Und Wärme ist auch Energie.
Leistung
Wenn der Postbote das Paket in drei Minuten in den sechsten Stock trägt, dann leistet er sehr viel. Der Kollege letzte Woche hat dazu zehn Minuten gebraucht, dieser Kollege hat also weniger geleistet.
In Variablen:
Wer seine Arbeit in kurzer Zeit verrichtet, leistet mehr, als jemand, der für die gleiche Arbeit länger braucht.
Wenn man die Formel umstellt, dann erhält man auch eine weitere Möglichkeit Arbeit zu berechnen:
also in Variablen:
Da bei elektrischen Geräten oft die Lesitung in Watt bekannt ist, kann man mit dieser Gleichung ausrechnen, wie viel elektrische Energie bei dem Betrieb dieses Gerätes verbraucht wird oder wie viel Arbeit der elektrische Strom leisten muss.
Backlinks:
2 Physikbücher:BGPhysik11-EP:6 Arbeit und Energie