Was genau ist Arbeit?

Was genau ist Arbeit ? Mein Buch verwirrt mich:

eine Kraft kann ein Objekt auf eine Höhe h anheben oder ein Objekt durch Schwerkraft beschleunigen. In all diesen Fällen verschiebt eine Kraft ein Objekt und verändert die Gesamtenergie des Objekts.

Die Beispiele, die es gibt, verwirren mich. Auf der einen Seite gibt es das Heben und auf der anderen Seite das Beschleunigen durch die Schwerkraft.

Ich kann mir vorstellen, wie das Heben die Gesamtenergie (kinetisch + potentiell) verändert. Es gibt ihm im Wesentlichen mehr potentielle Energie und nimmt ihm keine kinetische Energie. Aber einfach ein Objekt fallen zu lassen und die Schwerkraft die Arbeit erledigen zu lassen, scheint mir die Gesamtenergie nicht zu erhöhen. Denn die Gesamtmengen an kinetischer und potentieller Energie sollten gleich sein. Wenn Sie es einfach fallen lassen, gewinnt das Objekt an Kinetik und verliert etwas an Potenzial. Nicht wirklich etwas zur Gesamtenergie hinzugefügt.

Ein gutes Bild über die Arbeit finden Sie hier . Feynman erklärt es besser als jeder von uns es jemals tun wird, obwohl es vielleicht ein wenig zu fortgeschritten ist.

Antworten (5)

Arbeit ist die Übertragung von Energie von einem System auf ein anderes ODER die Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere. So oder so, Arbeit erzeugt keine Energie.

Wenn ich ein Objekt hebe, übertrage ich Energie von meinem Körper/Muskeln auf das Objekt-Erde-System. Die Energie geht in die potentielle Energie des Objekt-Erde-Systems über, weil die Trennung zwischen dem Objekt und der Erde zunimmt.

Wenn ich ein Objekt fallen lasse, bleibt die Energie im Objekt-Erde-System, wird aber von potentieller Energie in kinetische Energie umgewandelt. Die Gravitationskraft verrichtet die Arbeit, dh bewirkt die Umwandlung von Energie von einer Form in die andere.

Ich stimme eher der Übertragung als dem „Verbrauchen“ von Energie zu. Es bewahrt die einzige Tatsache, die wir über Energie wissen – dass sie erhalten bleibt. Ansonsten wissen wir absolut nichts darüber, was Energie ist
Gut ausgedrückt, ich denke, das ist eine gute Erklärung, ohne den Einsatz von Mathematik.
Entschuldigung, aber Sie sind falsch. „Arbeit ist die Übertragung von Energie von einem System in ein anderes ODER die Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere.“ Das ist falsch. Arbeit ist die Übertragung von Energie von irgendwo auf die kinetische Energie. Die Arbeit einer Kraft F gehorcht: W F = Δ T F , Wo Δ T F ist das Inkrement der kinematischen Energie aufgrund der Kraft F . Was passiert ist, wenn wir mehrere Kräfte haben, kann eine Kraft Energie in die kinematische Energie des Körpers abgeben und eine andere Kraft kann Energie aus derselben kinematischen Energie absorbieren.
@Nogueira Wenn ich ein Objekt mit konstanter Geschwindigkeit gegen die Schwerkraft hebe, ändert sich nichts an der kinetischen Energie von irgendetwas, aber es wird Arbeit geleistet. Auch wenn Arbeit als sich ändernde kinetische Energie definiert wäre, hätte das Theorem von der Arbeit über die kinetische Energie keinen Inhalt. Ich bin mir nicht sicher, was "kinematische Energie" ist.
Sie haben Recht, wenn Sie sagen, dass sich das Kinect Energy Duo nicht ändert. Aber die kinetische Energie spielt bis zum Loch des "Kanals" für den Energieaustausch zwischen der Hand und der potentiellen Energie. Wenn Sie nicht die Möglichkeit haben, die kinetische Energie zu ändern, kann Arbeit nicht zum Austausch von Energie verwendet werden.
@pwf "Arbeit ist die Übertragung von Energie von einem System auf ein anderes ODER die Umwandlung von Energie von einer Form in eine andere". Es spielt also keine Rolle, ob kinetische Energie oder Potential umgewandelt oder übertragen wird. Ich meine, ich kann ein Objekt schieben und seine kinetische Energie erhöhen, indem ich die "chemische Energie" meiner Muskeln verwende. Aus diesem Grund können wir die Definition von Macht entweder als verwenden D W D T oder D E D T ? Aber aus der Definition der Arbeit als Punktprodukt von Kraft und Weg geht hervor, dass sie gleich der Änderung der kinetischen Energie ist und nichts mit potentieller Energie zu tun hat. Wo liege ich falsch?

Arbeit wird definiert als ∫ F ( D ) ⋅ D Wo F ( D ) ist die auf das Objekt wirkende Nettokraft. Das ist es, das ist die Definition.

Sie könnten fragen; Warum reden Wissenschaftler so viel über Energie und Arbeit? Die Antwort ist, dass die experimentelle Wissenschaft zeigt, dass die Energie in einem System konstant ist, und daher ist Energie ein nützliches Konzept, über das man in einem sinnvollen Sinne sprechen kann.

Ist diese Definition nicht ziemlich spezifisch? Was ist mit der Arbeit, die zum Komprimieren eines Gases erforderlich ist? Die Formel, die Sie für diese Arbeitsanwendung geschrieben haben, ist bedeutungslos. Es muss einen allgemeineren Weg geben, es zu definieren.
Ihre Notation ist etwas unklar, aber ich denke, Sie haben einen zusätzlichen Faktor von d. @docscience: Es braucht eine Kraft, um ein Gas zu komprimieren (z. B. die Kraft, die auf einen Kolben in einem Zylinder drückt, wenn das Gas so eingeschlossen wird), und die Integration dieser Kraft entlang des Wegs, auf dem sie wirkt, ist tatsächlich sinnvoll. Ob das die Definition ist oder nur eine mathematische Art, die Arbeit zu erklären, ist eine philosophische Frage, aber sie kann sicherlich berechnet werden.
@docscience Wie sonst würden Sie Arbeit definieren, um sie berechnen zu können? D W = F → ⋅ D R → scheint mir ziemlich allgemein und grundlegend zu sein. Ich interessiere mich für eine grundlegendere Berechnungsdefinition, wenn dies möglich ist.
@BillN Ein Gegenbeispiel - die thermodynamische Arbeit eines Carnot-Zyklus, bei dem die Arbeit durch die Konturintegration einer Druck-Volumen-Schleife bestimmt wird:
W = ∮ P D v
Nicht D W = P D v entstehen aus D W = F   D R = P A   D R → P D v ?
Ich sehe die Bearbeitung und es ist eine Verbesserung, aber jetzt gibt es keinen Unterschied mehr. Wie wäre es mit ∫ F → ( D → ) ⋅ D D → stattdessen? (Es ist ein bisschen hässlich mit D → für den Positions-/Verschiebungsvektor, aber es funktioniert so.)

Sie haben völlig recht, wenn Sie ein Objekt unter dem Einfluss der Schwerkraft fallen lassen, ändert sich seine kinetische + potentielle Energie nicht, es wandelt nur potentielle Energie in kinetische Energie um, während die Gesamtmenge konstant bleibt.

ANDERE Kräfte könnten jedoch dazu führen, dass die kinetische Energie zunimmt, ohne die potentielle Energie zu ändern. Stellen Sie sich eine flache Eisbahn vor, in deren Mitte ein Puck sitzt. Anfänglich hat der Puck null kinetische Energie und etwas potentielle Energie, je nachdem, wie hoch Ihre Eisbahn ist. Dann schlagen Sie mit einem Stock darauf und es rutscht ab! Der Puck befindet sich immer noch auf der gleichen Höhe, aber jetzt hat er kinetische Energie: Die Kraft (das Schlagen mit einem Hockeyschläger) hat dazu geführt, dass er Energie gewonnen hat.

Gewalt kann auch dazu führen, dass der Puck kinetische Energie verliert. Wenn zum Beispiel der Puck auf ein Tor zu gleitet und ein Torwart ihn stoppt, hat die Kraft auf den Puck den Puck VERLANGSAMT und somit seine kinetische Energie verringert.

Gehe ich richtig in der Annahme, dass die Konvention lautet, wenn ein Verteidiger den stationären Puck schlägt, sagen wir, dass der Verteidiger am Puck gearbeitet hat (dh Energie auf ihn übertragen hat), und wenn der Torwart den Schuss stoppt, sagen wir, dass der Puck es getan hat Arbeit am Torwart gemacht?
Das ist richtig

Arbeit ist die Umwandlung jeglicher Art von Energie in Bewegungsenergie.

T = M v 2 2
Wo v ist die Geschwindigkeit des Teilchens in einem Bezugsrahmen und M ist die Masse des Körpers.

Beim Körper wird in einem Gravitationsfeld eine Kraft angehoben F ist erforderlich, um die Gravitationskraft auszugleichen F G . Während des Hebens die Kraft F 1 leisten eine positive Arbeit W F 1 = | W F 1 | und Schwerkraft leisten negative Arbeit W F G = − | W F G | . Die kinematische Energie des Körpers ist zu jedem Zeitpunkt gleich (unter der Annahme, dass der Körper aus der Ruhe genommen wird):

T = Δ T 1 = W F 1 + W F G = | W F 1 | − | W F G |

Dann, während des Hebens, die von der Kraft verrichtete Arbeit F muss größer sein als die Gravitationsarbeit. Wenn Sie das Heben beenden, wird der Körper angehalten, und dies ist eine Beschleunigung, also brauchen wir eine Kraft, um das zu tun. Jetzt eine Kraft F 2 ist notwendig, um den Körper zu stoppen. Diese Kraft macht auch eine Arbeit, muss die kinetische Energie erhöhen:

W F 2 = Δ T 2 = − Δ T 1 = − | W F 1 | + | W F G |

Dann

W F 1 + W F 2 = − W F G

Das bedeutet, die geleistete Arbeit von F 1 Und F 2 ist gleich dem Negativ der durch die Schwerkraft geleisteten Arbeit. Aufgrund der Energieerhaltung ist die von der Schwerkraft verrichtete Arbeit gleich der dem Gravitationsfeld entnommenen Energie.

Δ E G = W F 1 + W F 2

Arbeit ist eine Definition des Energieaufwands im Laufe der Zeit.

Das ist es.

Es ist nicht in der Definition irgendeiner anderen physikalischen Größe enthalten. Man könnte viele Beispiele anführen, die Arbeit mit chemischen Reaktionen (Verbrennungsmotoren, Sprengstoff), mechanischer Dynamik (Kolbenzündung), elektromechanischer Transformation (Elektromotor) und so weiter erzeugen. Sogar potentielle Energie in einem Schwerefeld wie die Höhe einer Masse über dem Erdmittelpunkt.

Sie verwechseln die Energie eines geschlossenen Systems. Ihr geschlossenes System würde die Energie NICHT erhöhen oder verringern. Es würde sich von einer Form in eine andere verwandeln. Was diese schlecht geschriebene Buchpassage meiner Meinung nach aussagt, ist, dass sich die gesamte POTENTIAL-Energie ändert, indem sie sich in andere Formen wie kinetische (Bewegung) und andere wie mechanische Energie (ausgestrahlte Schallwellen) und so weiter umwandelt. Alles andere verstößt gegen den ersten Hauptsatz der Thermodynamik. Energie bleibt erhalten und kann weder erzeugt noch vernichtet werden.

Nein, Ihre Definition kommt der Definition von Macht näher. Der Umfang der geleisteten Arbeit steht in keinem direkten Zusammenhang mit der Zeit. (Außerdem, was ist hier "Ausgaben"?)
Ja - was bedeutet es, Energie zu „verbrauchen“. Da Sie keine Energie erzeugen oder zerstören können, muss das Ausgeben von Energie nur eine Möglichkeit sein, zu sagen, dass Sie sie von einer Region des Weltraums in eine andere verschoben haben. Und dabei den Vorteil gewonnen, etwas zu bewegen, zu erhitzen oder zu komprimieren. Rechts?
Was genau ist Arbeit?
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