A) Mechanische Arbeit B) Energie

A) Mechanische Arbeit
Für die mechanische Arbeit W gilt folgende Berechnungsformel:
 
W  F s cos 
1.) Daraus folgt, dass wenn der Verschubweg s mit der arbeitenden Kraft F gleichgerichtet ist
 
WF s
2.) Daraus folgt, dass wenn der Verschubweg s zur arbeitenden Kraft F gegengerichtet ist
 
W F s
3.) Daraus folgt, dass wenn der Verschubweg s rechtwinkelig zur arbeitenden Kraft F steht
W  0J
1.) bis 3.) gelten nur für konstante Kräfte entlang des Verschubweges! Andernfalls muss ein
 
F s cos  -Diagramm zur Berechnung herangezogen werden!
(siehe auch:
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/arbeit-energie-und-leistung/die-physikalische-arbeit)
B) Energie
Führen wir einem Körper (oder einer Ansammlung von Körpern) eine Arbeit W reibungsfrei zu, so
steigt seine (ihre) Energie um genau denselben Wert E.
Diese Energieänderung kann nun kinetischer (und) oder potenzieller Natur sein.
1.) Die kinetische Energie ist dabei der Ausdruck
EK 
mv2
2
2.) Für die potenzielle Energie gilt dabei:
Allgemeine Formulierung der Definition der potenziellen Energie in der Lage A gegenüber
einer Ausgangslage:
1.) In der vordefinierten Ausgangslage ist der Betrag der potenziellen Energie EP=0 Joule.
2.) In der Lage A ist dann die potenzielle Energie folgend definiert:
EP(A) entspricht dem reibungsfreien Anteil der Arbeit, die die Feldkraft leistet, um die
Anordnung in die Ausgangslage zu bringen! Dabei ist es egal, auf welchem Weg der Transport
erfolgt! Entscheidend ist nur der Start- und der Zielpunkt!
Daher folgen für einige häufige Formen potenzieller Energie beispielsweise:
a) Federkräfte und andere lineare Systeme
Ist eine Feder um x gespannt, zieht sie dabei um F zurück und definiert man den Energienullpunkt im
kräftefreien Zustand, dann gilt
EP 
Fx
2
b) Gravitationsfelder
Eine Masse m mit dem Gewicht mg (=Feldkraft) mit der Höhe h über dem Nullniveau
EP  mgh
Energieerhaltungsprinzip
Wird einer Ansammlung von Körpern weder Energie entzogen noch zugeführt, dann bleibt die
Summe aus kinetischer und potenzieller Energie unverändert!
Wird jedoch ein Arbeitsbetrag W zu- oder abgeführt, so steigt (sinkt) die Energie genau um
diesen Betrag ΔE! (z.B. Reibung)
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