Physik - Arbeit und Energie, potentielle Energie, kinetische Energie, Energiesatz der Mechanik

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Arbeit und Energie

Aufgaben

Definition:

Unter Vernachlässigung der Reibung ruft eine konstante Kraft in Richtung des Weges eine beschleunigte Bewegung einer Masse hervor. An der Masse wird Arbeit verrichtet.

Grundgrößen:

Arbeit W; Einheit [J]
Kraft F; Einheit [N]
Masse s; Einheit [m]

Verläuft die Kraft parallel zum Weg gilt:

W = F · s

Energie

Definition:

Unter Energie versteht man die an einem Körper verrichtete Arbeit.

Kinetische Energie (Bewegungsenergie):

Man spricht von kinetischer Energie, wenn die Energie abhängig von der Geschwindigkeit ist.

Für die kinetische Energie einer Masse m mit der Geschwindigkeit v gilt:

W = 1/2 · m · v²

Potentielle Energie (Lageenergie):

Man spricht von potentieller Energie, wenn die Energie abhängig vom Ort ist.

Für die Lageenergie einer Masse m mit der Höhe h über Bezugsniveau gilt:

W = m· g · h

Für die Spannungsenergie einer Feder mit der Federkonstante D und der verformten Strecke s gilt:

W = 1/2· D · s²

Energiesatz der Mechanik:

Die Summe aus kinetischer Energie und potentieller Energie entspricht in einem abgeschlossenen System der Gesamtenergie des Systems. Diese Gesamtenergie ändert sich nicht.

W_ges = W_kin + W_pot = const.