Physikalische arbeit Dringend!
Warum verrichtet man keine physikalische Arbeit wenn man einen Koffer auf einer ebenen Strecke herumträgt??
6 Antworten
Wenn man den Koffer in der Hand hält muss man eine Gegenkraft zur Gewichtskraft aufwenden. Am Koffer selbst wird keine Arbeit verrichtet, die war nur zum Hochheben als Lagenenergie notwendig.
Läuft man nun herum, da wird ebenfalls keine Arbeit verrichtet, da sich die Höhe des Koffers nicht ändert.
Die Vektoren der der Kräfte und der Weg müssen in die gleiche Richtung zeigen, damit Arbeit verrichtet werden kann.
Natürlich glaubt der Mensch er habe gearbeitet, man soll ihn seinen Glauben lassen. Physikalisch hat er nicht gearbeitet.
Natürlich verrichtet man dabei physikalische Arbeit.
Arbeit ist kraft *weg Erstens verrichtet man schon allein durch das herumlaufen physikalische Arbeit, auch ohne Koffer. Aber mit Koffer müssen die die Muskeln der Beine gegen die Gewichtskraft des Koffers bei jedem Schritt zusätzlich Arbeit verrichten.
Die interessantere Frage ist allerdings, wieso das halten eines Gewichts (in diesem Beispiel eines Koffers), Energie kostet, obwohl dabei scheinbar keine Arbeit verrichtet wird...
"Es geht genau darum, dass die Muskeln beim Tragen des Koffers / Halten des Koffers auf eine bestimmten Höhe keine Arbeit (im physikalischen Sinne) verrichten."
Wenn durch das Halten Kalorien verbrannt werden, wird auch Arbeit verrichtet. Sei es auch durch mikroskopische Kontraktion der Muskelfasern, die sich in der Summe größtenteils gegenseitig aufheben.
Es geht genau darum, dass die Muskeln beim Tragen des Koffers / Halten des Koffers auf eine bestimmten Höhe keine Arbeit (im physikalischen Sinne) verrichten. Dass unsere Muskeln davon ermüden zeigt nur, dass sie nicht dafür ausgelegt sind, diese Art von Aufgabe dauerhaft zu bewältigen.
Um die Zusammenhänge zu verstehen, muss man das Problem vereinfachen.
In diesem Fall geht es um die Frage, welche Arbeit du an dem Koffer verrichtest. Und die ist eben null, weil du keine Kraft in Bewegungsrichtung ausübst. Und sogar das ist schon eine Vereinfachung, weil der Luftwiderstand des Kofferrs nicht berücksichtigt wird.
Die Arbeit, die du an anderen Teilen, z.B. deinen Körperteilen verrichtest, wird einfach nicht berücksichtigt.
In dem man einfach so nur einen Teil des ganzen betrachtet, kommt man dann zu einfachen Gesetzen. Naja, wenn man's mal verstanden hat. Aber dafür ist die Schule ja da.
Der Satz
Energie = Kraft mal Weg
gilt komponentenweise. Genauer:
Energie = x-Komponente der Kraft * x-Komponente des Weges + y-Komponente der Kraft * y-Komponente des Weges + z-Komponente der Kraft * z-Komponente des Weges
Du trägst den Koffer in der Waagerechten, übst aber eine Kraft in der Senkrechten auf ihn aus.
Die Streckenkomponenten in der Waagerechten (x- und y-Komponenten) sind zwar ungleich 0, aber die Kraftkomponenten in diese Richtungen sind gleich 0. Jedenfalls, wenn der Koffer einmal in Bewegung gesetzt ist; während der Bewegung hat er ja eine gewisse kinetische Energie.
Die Kraftkomponente in der Senkrechten (z-Komponente) ist zwar ungleich 0, aber die Streckenkomponente in dieser Richtung ist gleich 0, weil der Koffer während des Tragens ja seine Höhe über Fußboden nicht ändert.
Weil sich der Energiegehalt des Koffers dadurch nicht ändert.
Da irrst du dich leider. Nach H.D. Baehr, "Thermodynamik", dem Standardwerk schlechthin für die klassische Thermodynamik, steht auf Seite 63:
"Die gespeicherte Energie eines bewegten (geschlossenen) Systems setzt sich aus seiner inneren Energie und seiner kinetischen und potentiellen Energie zusammen".
Außerdem ergibt sich laut Baehr aus der Definition für Arbeit: "Die Größe der Arbeit ist gleich dem Produkt aus der Kraft und der Verschiebung des Kraftangriffspunktes in Richtung der Kraft.", dass beim Tragen in den 3. Stock die Kraft und die Bewegung senkrecht nach oben gehen, sodass hier definitionsgemäß Arbeit verrichtet wird.
Menschliche Muskeln verbrauchen halt auch Energie, wenn sie nur angespannt sind. Das ist nicht bei allen Tieren so.
Aber mit der physikalischen Arbeit hast Du Recht, nur deren Berechnung entzieht sich den Fähigkeiten von Physiklehrern und ihrer Schüler.