Gegenkraft?
Hallo,
folgendes Experiment:
Dadurch soll die Wechselwirkung erklärt werden. Obwohl nur Anna am Seil zieht, bewegen beide sich aufeinander zu. Also kann die Kraft bei Anna als Fa bezeichnet werden und die wirkende an Björn Fb. Es gilt: Fa = -Fb
Was ich mich jetzt frage ist, welche Energie Anna aufwenden muss?
Angenommen beide wiegen gleich viel, dann bewegen sie sich bei gleicher Kraft genauso weit. Wenn Anna sich also 2m bewegt bei konstanten 100N: 100N * 2m = 200J. Da Björn sich ja ebenfalls mit den selben "Werten bewegt" kommt man bei ihm ja auch auf 200J. Heißt das, dass Anna 400 J an Energie benötigt?
Anders gesagt:
Woher kommt denn die Energie, die Björn sich bewegen lässt, wenn Anna nur "ihren Anteil übernimmt"?
1 Antwort
Ganz einfach: Energie ist Kraft mal Weg.
- wenn Björn festklebt, zieht sich Anne mit Kraft x 1m weit gegen Björn
- Wenn Björn sich auch bewegen kann und gleiche Reibung herrscht, bewegen sich beide einen halben Meter. Also 2x ein Halbes gib gleich viel Energie.
Das Ergebnis kann der Ziehende oder können die Ziehenden natürlich selber festlegen. Z.B. 1 oder 2 Meter weniger Abstand, oder bis sie zusammenstossen.
Ausschlaggebend ist also der relative Abstand der beiden. Und dann ist es eben je nach Betrachtungsweise (mit deinem Beispiel)
1x 100N*2m=200J oder
2x 100N*1m=200J.
Ich habe mich anscheinend nicht klar ausgedrückt: Die Frage ist, wenn beide beweglich sind und nur einer zieht, dann muss diese Person ja bei gleicher Kraft ja nur den energetischen Anteil aufbringen, der nötig ist, um Körper 2 zu ziehen. Durch die Wechselwirkung bewegt sich aber der Ziehende ebenfalls. Wo kommt dann diese Energie her?!
Der Ziehende bewegt sich, weil er die Kraft ja aufbringt.
Das setzt aber voraus, dass eben beide exakt gleich schwer sind, die Rollen vom Skateboard sich exakt gleich bewegen können und der Boden glatt ist.
Im Bild der Aufgabe sage ich aber, dass wenn Björn zieht, er sich weniger weit bewegt, als Anna, da Anna rein optisch sehr viel weniger wiegt. :D
Die Energie, mit der sie zieht, wirkt auf beide Körper. Die/der ziehende kann nicht die Energie nur auf sich anwenden (in diesem Experiment) und dadurch nur sich selber fortbewegen. Sprich, würde versucht werden sich mit 200J an Energie fortzubewegen wird das ,,aufgeteilt" an beide Parteien und sie werden zueinander gezogen.
Es kann eben nicht "nur einer ziehen"! Gemäss Newton ziehen immer "beide" und gleich stark (denn wenn Björn zöge und Anna nicht, würde sie das Seil ja loslassen). Das heisst aber nicht, dass die wirkende Kraft doppelt vorhanden wäre! Denn die beiden Kräfte wirken sich ja entgegen und müssen sich so gesehen sogar aufheben; und dies geschieht auch, wenn man annimmt, dass beide Skateboards am Boden festkleben, dann hat die Kraft eben keine Wirkung. Und somit ergibt sich auch kein Ergebnis, keine Arbeit, keine Energie.
Das weitere hängt eben nur davon ab, von wem aus man die Betrachtung durchführt; wie schon gesagt, das Ergebnis und damit der nötige Energieaufwand hängt (nebst der nötigen Kraft) nur vom relativen Abstand der beiden ab:
- von aussen betrachtet wenn beide gleich schwer wären und gleich leicht fahren, so legen sie je den halben Weg zurück, bis sie zusammenprallen. Da kannst du dir einen virtuellen Zieher in der Mitte vorstellen, der beide mit der gleichen Kraft in die Mitte zieht. Energie ist 2x (Kraft mal halber Weg).
- Wenn man von Björn aus schaut, ist das Ergebnis identisch, wie wenn er am Boden festgeschraubt wäre: Anna bewegt sich den ganzen Weg auf Björn zu. Energie ist Kraft mal Weg.
- Gleiches wenn man die Namen vertauscht.
- Und wenn man von Björn aus schaut, aber Anna am Boden festgeschraubt ist, zieht sich Björn zu Anna. Auch hier ist Energie = Kraft mal Weg.
- Es braucht also in keinem Fall plötzlich die doppelte Energie, warum sollte es auch? Das Ergebnis (die geleistete Arbeit) ist ja immer das gleiche.
klaro. Und, hat's gedämmert?
Deine Grundfrage "Was ich mich jetzt frage ist, welche Energie Anna aufwenden muss?" sollte damit geklärt sein:
- Wenn sie sich nicht bewegt, muss sie keine Energie aufwenden (alles Björn)
- Wenn sie sich in die Mitte bewegt, muss sie die halbe Energie aufwenden (die andere Hälfte Björn)
- Wenn nur sie sich bewegt, muss sie die ganze Energie aufwenden (Björn nichts).
- TOTAL immer gleich viel.
In einer anderen Antwort wurde mir gesagt, dass die Energie für Körper 1 selbst, wenn beide gleich schwer sind und z.B. mit einer Kraft von 100N einer zieht "aus dem nichts" kommt==> durch die Wechselwirkung resultiert. Sprich: Wenn Körper 1 an Körper 2 mit einer Kraft von 100N über 2 m zieht: 200J, dann werden die anderen 200J "einfach" so aufgebracht. Was stimmt denn jetzt?
Innerhalb der Kommentarsektion. Und meine Antwort bezog sich auf eine ähnliche Frage von mir.
Maxi170703s Kommentar ist halt begrifflich nicht ganz konsistent und auch keine vollständige Antwort auf deine Frage.
Ob es mir klar ist? So halb. Ich glaube, dass du meine Frage nicht ganz verstanden hast. Dass Kraft nicht gleichbedeutend mit Energie ist, ... ist mir schon klar. Auch das Beispiel mit festgeklebt: Doppelter Weg für den ziehenden bei gl. Kraft, ... Mein Verständnisproblem liegt darin: Wenn beide "ohne festgeklebt" auf ihren Skateboards stehen und nur Anna (oder eben nur Björn) am Seil zieht, treffen sich ja beide ungefähr in der Mitte. Anna musste also bei konstantem Kraftaufwand von 100N bei 2m 200N*2m = 200J Energie aufwenden. Wer wendet dann aber die 200J für B. auf?!
Sie wendet Energie auf um am Seil zu ziehen. Ist es dir so verständlich?
NIEMAND! Die Energie muss dann eben NICHT aufgewendet werden. Vielleicht hilft dir die Vorstellung, dass Energie erst "entsteht" oder "angefordert" wird, wenn bewegt wird. Also quasi erst als Resultat der Bewegung.
Ohne Bewegung gibt es keine Energie. Mit halbern Bewegung nur die halbe Energie.
Das heißt ja, dass die Energie, die Anna oder Björn nicht aufwenden müssen(anscheinend ja immer die Hälfte) sozusagen aus dem "Nichts" kommt?
Nein.
- Energie, die nicht aufgewendet wird, kommt weder aus dem Nichts noch aus dem Etwas. Sie existiert nicht.
- es ist nicht "anscheinend immer die Hälfte", sondern nur in genau einem Spezialfall je die Hälfte.
Aber du hast doch: "Wenn sie sich nicht bewegt, muss sie keine Energie aufwenden (alles Björn)" geschrieben. Wenn doch nur Björn zieht und sie sich bei selber Masse(also selbe Geschw.) in der Mitte treffen, sagen wir mal mit 10m/s dann wäre doch für jeden die Energie z.B. (1/2 * 75 * 10^2). Björn übernimmt dann doch nur diese 3750J und was ist dann mit den 3750 von Anna...
Ich kann deine Überlegung nicht nachvollziehen. Was meinst du mit "übernimmt" am Schluss? Und welchen Fall schaust du an?
- Beide fahren?
- Nur Björn fährt?
- Nur Anna fährt?
Und warum nun plötzlich die kinetische Energie? Ob investierte Energie als Kraft mal Weg oder kinetische Energie: die "haben" nur jene, die sich bewegen, die andern nicht.
Dass beide sich bewegen können aber nur Anna oder eben Björn zieht: Dann muss ja z.B. Anna beim Ziehen, wenn sie sich nach je 1m treffen 100N * 1m aufbringen. Björn bewegt sich aber ohne etwas zu machen 1m und wird mit einer Kraft von 100N gezogen. Wenn Björn nach deiner Antwort beim "Nichts machen" keine Arbeit aufwenden muss, Anna aber nur IHREN Anteil von 100N*1m übernimmt, wer bringt dann Björn's 100N * 1m auf? Das ist die Frage.
Du bist irgendwie in deinem Denknetz gefangen, in das ich offenbar nicht vordringen kann, denn du nimmst meine Aussagen nicht alle zur Kenntnis und fragst das Genaugleiche nocheinmal.
Deshalb habe ich deine Frage noch einmal eingestellt, damit vielleicht noch andere antworten.
Einfach nochmal:
Es kann eben nicht "nur einer ziehen"! Aktiv/bewusst natürlich schon, aber physikalisch eben nicht! Auch der Nicht-Ziehende zieht, sonst würde er die Schnur loslassen und gar nichts würde passieren.
Aber warum bewegen sich beide dann nur die Hälfte der "ersten" Strecke?!