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Arbeit (Physik)

Die physikalische Arbeit ist eine Energiemenge, die von einem System in ein anderes System übertragen wird. Diese Übertragung erfolgt durch das Wirken einer Kraft.

Arbeit, Formelzeichen W, ist das Produkt von einer Kraft F und einem Weg s und wird in der SI-Basiseinheit Joule angegeben. Wenn eine Kraft einen Körper um eine bestimmte Distanz verschiebt, verrichtet sie Arbeit am Körper, die als Energie in diesem gespeichert oder weitergegeben wird.

Bei genauerer Betrachtung ist zu beachten, dass Kraft und Weg nicht nur durch eine Zahl, sondern auch durch eine Richtung beschrieben werden. Sie sind als nicht so genannte Skalare, sondern Vektoren. Mit für den Kraftvektor, für den Distanzvektor und W für die Arbeit gilt

Dies ist ein Skalarprodukt und kann auch geschrieben werden als

mit α als Winkel zwischen Kraftrichtung und Distanzvektor gilt. Hier ist |F| der Betrag von F, und |s| der Betrag von s. Die Arbeit W ist also ein Skalar.

Beispiele

Es ist physikalisch keine Arbeit, einen Koffer mit idealen Rollen reibungslos einen (horizontalen) Weg zu ziehen. Sobald die Rollen nicht ideal sind und somit Reibung auftritt, muss Arbeit verrichtet werden.

Das horizontale Tragen eines Körpers ist physikalisch auch keine Arbeit.

Ein weiteres Beispiel ist das Spannen einer Feder. Beim Spannen braucht man Kraft und dehnt die Feder über einen bestimmten Weg. Die Feder hat damit potentielle Energie und ist fähig, dieselbe Kraft rückwärts über dieselbe Distanz wieder auszuüben. Damit würde sie Arbeit verrichten und die Energie wieder loswerden.

Falls die Kraft nicht konstant ist, siehe klassische Mechanik.

Arbeit pro Zeit ist Leistung.




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