Kurz gesagt Arbeit (W, engl. work) Arbeit wird verrichtet, wenn ein Körper durch die Einwirkung einer Kraft längs eines Weges verschoben wird. Arbeit ist das Produkt von Kraftkomponente FA in Richtung des zurückgelegten Weges und der Weglänge s. W = FA·s Die Hubarbeit ist ein Spezialfall beim Heben eines Körpers gegen seine Gewichtskraft m·g um die Höhe h: W = m·g·h Die Einheit der Arbeit heißt Joule (J). 1 J = 1 N·m. Die Arbeit ist eine skalare Größe. Energie (E, engl. energy) Energie ist die in einem physikalischen System gespeicherte Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Ihre Einheit ist das Joule (J). Energie tritt in verschiedenen Formen auf, die ineinander umgewandelt werden können. Mechanische Energieformen: Kinetische Energie Ek eines Massepunkts Ek = 1 _ 2 m·v2 Potenzielle Energie Ep eines Massepunkts in der Höhe h relativ zur Erdoberfläche Ep = m·g·h Weitere Formen von mechanischer Energie: Rotationsenergie von ausgedehnten Körpern, Spannenergie bei Verformung von elastischen Körpern, … Mechanische Vorgänge sind im Allgemeinen nicht reibungsfrei. Durch Reibung wird mechanische Energie in Wärme umgewandelt. Dadurch wird die innere Energie von Vielteilchensystemen erhöht (siehe Kapitel zur Thermodynamik). Leistung (P, engl. power) Leistung ist die verrichtete Arbeit W pro Zeiteinheit: P = W _ t Ihre Einheit heißt Watt (W), 1 W = 1 J·s−1. Systeme Mit dem Begriff System werden miteinander wechselwirkende Körper zusammengefasst, die dadurch von der Umgebung (restliche Welt) abgegrenzt werden. Isolierte Systeme stehen mit der Umgebung nicht in Wechselwirkung. Offene Systeme können mit der Umgebung Energie (oder auch Materie) austauschen. Energieerhaltung in der Mechanik In isolierten, reibungsfreien Systemen ist die Gesamtenergie (Summe aller Energieformen des Systems) konstant. In offenen Systemen ändert der Austausch von mechanischer Arbeit mit der Umgebung die Gesamtenergie (Summe aller Energieformen des Systems). Daraus folgt: Maschinen, die ohne Energiezufuhr beliebig lange Arbeit leisten, gibt es nicht (Unmöglichkeit eines Perpetuum mobile). 86 Thermodynamik Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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