Mechanische Arbeit berechnen

Den Begriff Arbeit kennt ihr sicher bereits aus dem Alltag, in der Physik steht der Begriff Arbeit für die Umwandlung einer Energieart in eine andere. Konkret bei der mechanischen Arbeit ist die Definition folgende: Wird ein Körper durch eine Kraft verformt oder bewegt wird mechanische Arbeit verrichtet.

Formelsymbol:  W

Einheit:               Joule (1J)

Allgemeine Formel zur mechanischen Arbeit

"Arbeit ist Kraft mal Strecke"

Formel für Arbeit
  • W = Arbeit (in J)
  • F = Kraft (in N)
  • s = Strecke (in m)

Wichtig!: Es zählt nur die Kraft die in dieselbe Richtung wie die Strecke/der Weg zeigt! Ist eine Kraft senkrecht zur Strecke ist dies KEINE Arbeit.


Formel zur Hubarbeit

Hubarbeit wird verrichtet, wenn ein Objekt angehoben wird. Daher kennt ihr alle Hubarbeit sehr gut, z.B. verrichtet ein Kran Hubarbeit, wenn dieser ein Objekt hochhebt.

Formel

Formel für die Hubarbeit mithilfe der Gewichtskraft

oder auch:

´Formel für die Hubarbeit mithilfe der Masse
  • W = Arbeit (in J)
  • FG = Gewichtskraft der Masse die hochgehoben wird (in N)
  • h = die Höhe, um die die Masse angehoben wird (in m)
  • m = Masse des Objekts welches angehoben wird (in kg)
  • g = Erdbeschleunigung (9,81m/s2)
Beispiel für die Anwendung der Hubarbeit beim Anheben eines Gegenstandes

Formel zur Beschleunigungsarbeit

Wenn ein Körper beschleunigt wird, dann wird Beschleunigungsarbeit verrichtet. Diese Arbeit erlebt ihr immer, wenn ein Bus oder Zug losfährt. 

Formel 1

Formel für die Beschleunigungsarbeit mithilfe der Kraft

oder auch

Formel der Beschleunigungsarbeit mithilfe der Beschleunigung und der Masse
  • W = Arbeit (in J)
  • FB = Kraft mit der das Objekt beschleunigt wird (in N)
  • s = Strecke die das Objekt beschleunigt wird (in m)
  • m = Masse des Objekts (in kg)
  • a = Beschleunigung mit der das Objekt beschleunigt wird (in m/s2)
Illustration der Beschleunigungsarbeit

Formel 2

Formel der Beschleunigungsarbeit mithilfe der Geschwindigkeit
  • W = Arbeit (in J)
  • m = Masse welche beschleunigt wird (in kg)
  • v = Geschwindigkeit auf welche das Objekt beschleunigt wird/wurde (in m/s)
Model zur Veranschaulichung der Beschleunigungsarbeit

Formel zur Reibungsarbeit

Reibungsarbeit wird verrichtet, wenn die Bewegung eines Objekts durch Reibung gehemmt wird. 

Formel

Formel für die Reibungsarbeit
  • W = Arbeit (in J)
  • FR = Reibungskraft (in N)
  • s = Strecke die das Objekt diese Reibung erfährt (in m)
Illustration der Reibungsarbeit

Formel zur Spannarbeit / Verformungsarbeit

Die Spannarbeit (oder auch Verformungsarbeit) wird verrichtet, wenn ein Gegenstand (z.B. eine Feder) um eine bestimmte Strecke gespannt (verformt) wird.

Formel

Formel für die Spannarbeit
  • W = Arbeit (in J)
  • D = Federhärte (in N/m)
  • s = Strecke um die die Feder ausgelenkt wird (in m)
Veranschaulichung der Spannarbeit durch zwei Federn, die mit einem Gewicht verformt werden