Was ist physikalische Arbeit

  1. Äußere Einflüsse, die die Geschwindigkeit eines Körpers ändern können, werden als Kräfte bezeichnet. Die Betonung liegt hier auf können, denn wenn mehrere Kräfte auf ein Objekt wirken, kann es sein, dass keine Bewegung stattfindet (z. B. die Haftreibung, die die Bewegung verhindert).
  2. Es ist ein Unterschied, ob eine Kraft $F$ einen Körper um eine Strecke von $2 [m]$ oder $10 [m]$ verschiebt. Die gleiche Kraft kann den gleichen Körper um verschiedene Strecken verschieben. Wie können wir dies physikalisch von einander unterscheiden?
    Hier hilft uns der Begriff Arbeit.
  3. Wenn eine Kraft $F$ ein Objekt um die Strecke $s$ verschiebt, dann sagen wir: "die Kraft $F$ hat auf das Objekt die Arbeit $W$ verrichtet". W steht für "Work" (das englische Wort für Arbeit). Natürlich ist die verrichtete Arbeit mehr, je größer die wirkende Kraft ist oder je größer die Verschiebungsstrecke $s$ ist. Deshalb definieren wir die physikalische Arbeit $$\boxed{W=F \cdot s}$$
  4. Die Einheit der Arbeit lässt sich aus ihrer Definition ableiten $$W [J] = F [N] s [m] $$Die Einheit der Arbeit wird Joule genannt und es gilt $$1 [J] = 1 [N \cdot m] = 1 [\frac {kg m^2}{s^2}]$$
  5. In der Delta-Schreibweise (s. Kapitel 1) können wir schreiben $$\Delta W = F \cdot \Delta s$$
  6. Beispiel: Eine Kraft $F=50 [N]$ verschiebt ein Objekt um $s = 3 [m]$. Die verrichtete Arbeit beträgt $$\begin{aligned} W &= F \cdot s \\ &= 50 [N] \cdot 3[m] \\ &= 150 [J] \end{aligned}$$