Physik Mechanik – Arbeit und Energie
Karteikarten zum Thema „Naturwissenschaften“ · 15 Karten · von atrio. Beispiele: Wie ist mechanische Arbeit definiert? · Wann verrichtet eine Kraft keine Arb…
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15 KartenWie ist mechanische Arbeit definiert?
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Arbeit ist das Skalarprodukt aus Kraft und Verschiebung: W = F · s · cos(α), wobei α der Winkel zwischen Kraft- und Wegvektor ist.
Wann verrichtet eine Kraft keine Arbeit?
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Wenn Kraft senkrecht zur Verschiebung steht (α = 90°), der Körper sich nicht bewegt (s = 0) oder keine Kraft wirkt.
Welche Einheit hat Arbeit im SI-System?
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Joule (J): 1 J = 1 N·m = 1 kg·m²/s². Benannt nach James Prescott Joule.
Was besagt der Arbeitssatz (Energieprinzip)?
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Die Summe der Arbeiten aller äußeren Kräfte gleich der Änderung der kinetischen Energie: W_ges = ΔE_kin.
Wie berechnet man kinetische Energie?
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E_kin = ½ · m · v². Sie hängt quadratisch von der Geschwindigkeit ab, nicht vom Richtungsvektor.
Was ist potentielle Energie im Schwerefeld?
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E_pot = m · g · h (nah Erdoberfläche, g ≈ 9,81 m/s²). Bezugshöhe (h=0) ist frei wählbar, nur Höhendifferenzen zählen.
Wann ist eine Kraft konservativ?
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Wenn die verrichtete Arbeit nur vom Anfangs- und Endpunkt abhängt, nicht vom Weg. Schwere- und Federkraft sind konservativ; Reibung nicht.
Was besagt die Energieerhaltung in abgeschlossenen Systemen?
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Gesamtenergie E_ges = E_kin + E_pot + E_innere bleibt konstant. Bei konservativen Kräften gilt E_kin + E_pot = const.
Wie berechnet man die Arbeit einer Federkraft?
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W = ½ · D · (x₂² - x₁²), wobei D die Federkonstante und x die Auslenkung vom Ruhelage ist. Energie im Feder: E_Feder = ½ · D · x².
Was ist Leistung und wie wird sie berechnet?
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Leistung P = W/t = F · v (momentan). Einheit: Watt (W) = J/s. Beschreibt, wie schnell Arbeit verrichtet oder Energie umgewandelt wird.
Was passiert mit mechanischer Energie bei Reibung?
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Reibung verrichtet negative Arbeit, wandelt mechanische Energie in innere Energie (Wärme) um. E_mech nimmt ab, E_ges bleibt erhalten.
Wie berechnet man Arbeit bei variabler Kraft entlang eines Weges?
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W = ∫ F(s) · ds (Kurvenintegral). Grafisch: Fläche unter der Kraft-Weg-Kurve.
Was ist der Unterschied zwischen Arbeit und Energie?
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Energie ist Zustandsgröße eines Systems (Fähigkeit, Arbeit zu verrichten). Arbeit ist Prozessgröße (Energieübertragung durch Kraft über Weg).
Wie wirkt sich der Winkel zwischen Kraft und Weg auf die Arbeit aus?
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W = F·s·cos(α). 0°: positive Maximalarbeit. 90°: null Arbeit. 180°: negative Maximalarbeit (bremsend).
Was beschreibt der Satz von König zur kinetischen Energie?
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E_kin gesamt = E_kin Massenmittelpunkt + E_kin relativ zum Massenmittelpunkt (Drehenergie). Trennt Translations- und Rotationsenergie.