Konzeptionelle Frage zu Arbeit und potentieller Energie

Ich bin verwirrt von der klassischen Beschreibung von Arbeit und negativer Arbeit. Wenn jemand (langsam) an einem Seil zieht, um einen Eimer in einen Brunnen zu heben, verstehe ich, dass die Person am Eimer arbeitet und die Schwerkraft negative Arbeit am Eimer leistet. Das Netz ist also null.

Aber wenn das Netz Null ist, woher kommt dann die Energie, die die potenzielle Energie des Eimers erhöht?

Ich denke, das Gewicht des Eimers hebt die Spannung im Seil auf und daher heben beide die Wirkung voneinander auf, aber die Energie, die zum Bewegen des Eimers verwendet wird, ist Ihre Kraft, die Sie darauf ausüben. Daher kann das Netzwerk nicht Null sein

Antworten (3)

Hier sind einige Punkte, die Sie beachten sollten:

  1. Als potentielle Energie wird immer die potentielle Energie des Systems bezeichnet. Zum Beispiel gehört die potenzielle Gravitationsenergie des Erde-Mond-Systems dem System als Ganzes an, nicht der Erde oder dem Mond einzeln. Wenn Sie also beispielsweise einen Ziegelstein nach oben werfen, wäre dies das Potenzial des Ziegel-Erde-Systems.
  2. Das Arbeits-Energie-Theorem kann (in Bezug auf konservative, nicht-konservative und andere externe Kräfte) wie folgt geschrieben werden:

W T Ö T = W C Ö N S + W N Ö N − C Ö N S + W e X T = Δ K = K F − K ich

Aber für eine konservative Kraft ist die Definition der zugehörigen potentiellen Energie

W C Ö N S = − Δ U = − ( U F − U ich )

und so wird unsere vorherige Gleichung:

W T Ö T = W C Ö N S + W N Ö N − C Ö N S + W e X T = Δ K = K F − K ich − ( U F − U ich ) + W N Ö N − C Ö N S + W e X T = Δ K = K F − K ich K ich + U ich + W N Ö N − C Ö N S + W e X T = K F + U F
Wenn es keine externen Kräfte oder nicht-konservativen Kräfte gibt, dann:
K ich + U ich = K F + U F
Wir sehen also, dass wir entweder das Konzept der durch die Schwerkraft geleisteten Arbeit verwenden können, ODER wir können das Konzept der potenziellen Energie der Gravitation verwenden. Beides gleichzeitig wollen wir aber nicht machen, denn dann würden wir den Einfluss der Schwerkraft doppelt zählen.

Danke. Nur eine Folgefrage: In der Situation des Eimers in einem Brunnen gehe ich davon aus, dass Sie nur dann eine konservative Kraft im Spiel haben, wenn sich der Eimer im freien Fall befindet. In diesem Fall würde die Schwerkraft positive Arbeit leisten , was einer Verringerung der Änderung der inneren Energie entspricht. Ist das richtig oder zähle ich in diesem Fall die Schwerkraft doppelt?
Richtig, wenn sich Ihr Eimer im freien Fall befindet, leistet die Schwerkraft positive Arbeit am Eimer und erhöht seine kinetische Energie. Oder Sie können sagen, dass potentielle Energie der Gravitation in potentielle Energie umgewandelt wird. Oder dass die durch die Schwerkraft geleistete positive Arbeit einer Abnahme der potenziellen Energie der Gravitation entspricht (in anderen Fällen entspricht sie der Gesamtenergie, sollte aber nicht gleichzeitig verwendet werden). Und nur um das klarzustellen: Wenn Sie den Eimer aus dem Brunnen ziehen, leistet die Schwerkraft negative Arbeit, aber die Spannung (eine äußere Kraft) leistet positive Arbeit.

Die Energie stammt aus der chemischen Energie, die in den Muskeln Ihrer Arme gespeichert ist. Aber ...

Sie müssen vorsichtig sein, wenn Sie sagen, dass die Netzarbeit gleich Null ist. Sie müssen sicherstellen, dass Ihr System klar definiert ist, damit Sie wissen, was in Ihrem System ist und was außerhalb. Dann müssen Sie identifizieren, welche Arbeit intern und welche extern ist und welche, falls vorhanden, null ist.

Eine Möglichkeit, das System in Ihrem Fall zu definieren, besteht darin, zu sagen, dass sich die Erde und der Eimer innerhalb des Systems befinden, alles andere außerhalb. Dann funktioniert das Seil (nicht Sie ) am System. Diese Arbeit ist externe Arbeit ... sie kommt von außen in das System.

Die Arbeit, die auf dem System in diesem Bild geleistet wird, ist also nicht null.

Sie können auch ein System analysieren, das die Erde, den Eimer, das Seil und Sie umfasst. Dieser Fall ist komplizierter, weil 1.) Sie jetzt einen Energiespeicher (Sie) im System haben, und 2.) Sie verformbar sind und 3.) die von Ihren Muskeln erzeugte Kraft nicht konservativ ist. Trotzdem ist in diesem Fall die gesamte interne Arbeit tatsächlich null. Die Energie kommt aus chemischer Energie in Ihren Muskeln.

Die Person verrichtet Arbeit am Eimer, indem sie ihn gegen die Schwerkraft anhebt . ( W = M G H ).

Betrachten Sie die Definition von Arbeit W = F X (konstante Kraft). Seit F w e ich G H T = M G , Dann W = M G H .

Unabhängig davon, ob Sie viel Kraft aufwenden, um den Eimer schnell nach oben zu reißen, oder ob Sie wenig Kraft aufwenden, um den Eimer langsam anzuheben, solange seine Anfangs- und Endpositionen und Geschwindigkeiten gleich sind, wäre die am Eimer verrichtete Arbeit gleich. Es spielt keine Rolle, wie viel Kraft Sie beim Anheben der Masse aufwenden, alles, was zählt, ist die Entfernung, um die die Masse angehoben wird, sowie die Gravitationskraft, mg. Die geleistete Arbeit ist einfach W = M G H . Weitere Erklärungen finden Sie hier. https://physics.stackexchange.com/a/135194/59969

Konzeptionelle Frage zu Arbeit und potentieller Energie
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