kraft_arbeit_energie

Andreas Bach
GRUNDBEGRIFFE DER PHYSIK CRASH - KURS
Um im das Thema Energie besser erarbeiten zu können, müssen vorerst einige Begriffe
aus der Physik geklärt werden.
KRAFT
Die Definition dieses Wortes für die Physik ist aus dem 17. Jahrhundert und stammt von
Isaac Newton.
Newton beobachtete und belegte mit einfachen Experimenten wichtige
Gesetzmässigkeiten der Physik.
Im zu Ehren wird Kraft mit seinem Namen benannt.
Wie wird aber Kraft gemessen?
Kraft ist immer das Produkt der Faktoren von Masse und Beschleunigung.
An einem einfachen Beispiel kann man die Zusammenhänge leicht erkennen.
Wenn ich ein Auto (MASSE), welches z.B. auf dem Parkplatz steht anschieben will, muss
ich es stossen (KRAFT- Anstrengung), dabei beschleunige ich das Auto. Umso mehr Kraft
ich dafür in Anspruch nehme (z.B. es helfen mir noch 2 Personen) umso grösser ist auch
die Beschleunigung des Wagens.
Masse
mal
Beschleunigung
=
Kraft
M (mass)
*
a (acceleration)
5 kg
*
1 m/s2
=
5 N (Newton)
70 kg
*
1 m/s2
=
70 N (Newton)
70 kg
*
2 m/s2
=
140 N (Newton)
1000 kg
*
1 m/s2
=
=
F (force)
1000 N (Newton) (Autobeispiel)
ARBEIT
Das Wort Arbeit ist nichts neues für unsere Ohren, trotzdem muss es in der Physik
genauer definiert werden, damit alle vom selben sprechen.
Nehmen wir das Einführungsbeispiel mit dem Auto. Jeder wird mir zustimmen, dass es
mühsamer ist das Auto bis zur nächsten Tankstelle zu schieben als mit einem kleinen
Benzinkanister die etwa 2 km bis zur Zapfsäule zu schieben.
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Andreas Bach
Mit der physikalischen Formel für Arbeit, können wir leicht belegen, wer mehr arbeitet.
Sie lautet:
Kraft
mal
Weg
=
Arbeit
F (force)
*
s (Strecke)
=
W (work)
Der Autoanschieber stösst seinen etwa 1000 kg schweren Wagen 2 km
1000 N
*
(Newtonmeter)
2000m
=
2 000 000 N m
2 000 000 N m = 2 000 000 J (Joule) (1 Schoggijoghurt Migros 590 000 Joule)
Wie viel Schoggijoghurt muss man essen um diese Arbeit verrichten zu können  ?
(Vereinfachende Annahme!!!!!)
Der Benzinkanister wiegt im schlimmsten Falle 0.5 kg und auf dem Rückweg 5 kg!
Kraft für Weg zur Tankstelle:
0.5 kg * 1 m/s2 = 0.5 N
5.5 kg * 1 m/s2 = 5.5 N
Berechne die Arbeit des Kanisterträgers! (12000 J)
ENERGIE
Der letzte wichtige Begriff in dieser Reihe ist die Energie. Jeder Körper verfügt über
Energie.
Die wichtigsten Energien für unseren Unterricht sind vorerst Bewegung und
Höhenenergie.
Bewegungs – Energie (Kinetische Energie):
1. Die Energie hängt von der Masse und in noch stärkerem Grad von der
Geschwindigkeit ab
2. Fährt zum Beispiel ein Kleinkind mit seinem Dreirad in dich hinein, so spürst du
die Bewegungsenergie in Form von leichteren Schmerzen in deinen Beinen.
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3. Verursacht zum Beispiel ein Tour de France Profi (Radfahrer) mit 45 km/h und
seinen gut 80kg Körpergewicht eine Kollision, so sind schlimme Verletzungen
oder sogar Todesfälle nicht auszuschliessen.
Es ist nun auch klar weshalb Raser auf der Strasse mehr als Überflüssig sind. Eine
Verdoppelung der Geschwindigkeit hat eine Vervierfachung der kinetischen Energie zur
Folge
4. Korrekt fahrender Autofahrer, welcher innerorts 50km/h fährt verglichen mit
einem „Raser“, der 100 km/h fährt!
Mit der Formel ausgerechnet!
Zu 1. (Kinetische Energie) EKin = ( m * v * v) / 2
Zu 2.
25kg * 1 m/s * 1 m/s = 25 Joule
Zu 3.
80kg * 12.5 m/s * 12.5 m/s = 12500 Joule
(m: Masse, v: Geschwindigkeit)
Zu 4. 1200 kg * 13.8 m/s * 13.8 m/s = 230’000 Joule
1200 kg * 27.7 m/s * 27.7 m/s = 923’333. Joule
(Korrekter Fahrer)
(Raser)
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