Diese drei Begriffe kommen im Alltag immer wieder vor - aber auch in der Physik. Dort bedeuten sie aber oft nicht dasselbe...
Einführung: Hubarbeit
Um einen Gegenstand anzuheben, muss man seine Gewichtskraft aufbringen. Man spricht davon, dass beim Anheben "Arbeit an diesem Körper verrichtet wird". Diese Arbeit ist um so größer, je mehr schwerer der Körper ist und je weiter man ihn anhebt. Man kann die Hubarbeit auch berechnen:
Dass diese Formel so einfach aussieht, hat zwei Gründe:
Die aufgewandte Kraft zeigt in Richtung der Bewegung und
Die aufgewandte Kraft bleibt stets gleich.
An der Formel kann man auch schon die Einheit der Arbeit ablesen:
Das "J" steht für "Joule" zu Ehren von James Joule, dessen Arbeiten maßgeblich zum Verständnis von Arbeit, Energie und Wärme beigetragen haben.
Ein Beispiel: Ein Kran hebt eine Wand von 1,5t Masse auf eine Höhe von 20m. Dabei wird eine Arbeit von
verrichtet.
Definition der mechanischen Arbeit
Die Formel für die Hubarbeit kann auch für andere Kräfte angewendet werden. Damit wird die mechanische Arbeit allgemein definierbar als Produkt einer Kraft und der Wegstrecke s, über die diese Kraft wirkt.
, wenn und
Zum Beispiel würde das Ziehen eines Körpers über 60m gegen eine Reibungskraft von 15N eine Arbeit von erfordern. Dabei ist allerdings zu beachten, dass nicht "schräg" gezogen werden darf.
Arbeit und Energie
Zurück zum Beispiel des Anhebens. Legt man den Körper nach dem Anheben weiter oben wieder ab, hat sich scheinbar nicht viel geändert. Eines aber doch: Er kann wieder herunterfallen - diese Möglichkeit gab es vorher nicht. In der Physik heißt die Möglichkeit eines Körpers, etwas zu tun, Energie: Durch das Verrichten von Arbeit hat der Körper Energie bekommen.
Das praktische daran: Beides ist in Zahlen gleich groß. Wenn man an einem Körper Arbeit verrichtet, so bekommt der Körper dadurch genau diese Energie. Als Formelzeichen für die Energie wird das E verwendet, die Einheit ist dieselbe wie die der Arbeit.
Zusammenfassung
Wenn eine Kraft einen Körper über eine bestimmte Strecke bewegt, wird Arbeit verrichtet. Diese Arbeit verändert den Energiezustand des Körpers.
