Wie wurde die Definition und die Formel der Arbeit abgeleitet? Ist es das Beste?

Die verrichtete Arbeit ist definiert als das Skalarprodukt aus Kraft und Weg. ... sollte es nicht das Produkt aus Kraft und Zeit sein

Wurden diese Formeln (für Arbeit und Energie ) tatsächlich auf der Grundlage eines physikalischen Verständnisses abgeleitet oder sind sie nur Konstrukte , um Kräfte besser zu verstehen?

Keines von beidem. Die meisten Formeln und Definitionen haben eine historische Motivation . Das Thema ist zu kompliziert, um es hier ausführlich zu diskutieren. Es gibt viele Definitionen, die in der Wissenschaft nicht „rational“ sind, da die ersten Erklärungen von Phänomenen auf Missverständnissen basierten und einige die Eckpfeiler sind, auf denen nach und nach ein Wolkenkratzer errichtet wurde.

Sie kennen sicher die Namen der Orbitale eines Atoms: s, p, d, f. Sie leiten sich von der Beschreibung früher Spektroskopiker bestimmter Reihen von spektroskopischen Alkalimetalllinien als scharfe , prinzipielle , diffuse und fundamentale Linien ab. Es wäre einfacher und vernünftiger, sie anders zu nennen: a, b, c, d oder 1, 2, 3, 4 oder noch einfacher, um sie damit zu identifizieren$l$, die Drehimpulsquantenzahl: 0,1,2,3. Es wäre ziemlich einfach und schmerzlos , diese Definitionen zu ändern (aber auch Physiker unterliegen der ' Kraft der Trägheit ': siehe den Kommentar von John Rennie hier ), während es äußerst schwierig ist, die grundlegenden Definitionen / Ableitungen zu ändern, genau wie das Ändern der Linksverkehr in England: Sie sollten alle Verkehrszeichen über Nacht ändern und, was am schlimmsten ist, alle Linkslenker-Fahrzeuge verschrotten.

Vielleicht finden Sie in meinem Beitrag hier eine vollständige und detaillierte Beschreibung, wie Energie zuerst entdeckt und vernachlässigt wurde , und sind stolz darauf, dass Sie die gleichen Vorstellungen von Leibniz hatten.

Leibniz hatte rechtzeitig die logischere, rationalere und natürlichere Integration vorgeschlagen. Wie Sie sicherlich wissen, ist das seitdem nicht mehr möglich$F * t$wird als Impuls definiert.

Ein weiterer historischer Grund/Begründung in diesem Zusammenhang ist, dass der Energiebegriff sehr spät verstanden wurde, es genügt zu sagen, dass er bis heute noch nicht als grundlegender Begriff gilt und keine eigene Einheit hat: Sie wissen wahrscheinlich, dass die SI sieben hat Grundeinheiten und Energie gehören nicht dazu. Es ist wirklich erstaunlich und beunruhigend: *das wichtigste Konzept im ganzen Universum ist eine [ abgeleitete Einheit ]*( http://en.wikipedia.org/wiki/SI_derived_unit ), die auf verschiedene Weise von abgeleiteten Einheiten abgeleitet ist.

Der Begriff Arbeit wurde 1826 von dem französischen Mathematiker Gaspard-Gustave Coriolis als "Gewicht durch eine Höhe gehoben" eingeführt, was auf der Verwendung früher Dampfmaschinen basiert, um Wasserkübel aus überfluteten Erzminen zu heben. Die SI-Arbeitseinheit ist Newtonmeter oder Joule (J). ( Wiki )

Ein weiterer Grund ist, dass die Definition der Schwerkraft nachempfunden wurde, die lange, lange Zeit die einzige Kraft war, die verstanden und mathematisch beschrieben wurde, diese Definition,$F*s$, ist natürlich angemessen, um es zu beschreiben: Wenn Sie 1 kg auf 2 m heben möchten, verbrauchen Sie Energie, die doppelt so hoch ist wie die Energie, um 1 kg auf 1 m zu heben. Diese eigentümliche Definition hat auch die „paradoxe“ [ siehe hier ] ( Die physikalische Definition von Arbeit scheint paradox ) Konsequenz hervorgebracht, dass Sie unter Umständen viele „ Energiekalorien “ verbraucht haben, aber in Wirklichkeit keine „ Energiearbeit “

Aber um auf die Ableitung der Formel zurückzukommen, schließlich ist „Integration nach Zeit“ nicht einmal notwendig, da es nicht wirklich viel zu integrieren gibt, es ist die einfache geometrische Formel, die Sie brauchen, um die Seite eines Quadrats zu finden: wenn Sie betrachten die einheitliche Masse als die wirkliche, „wahre“ Beziehung zwischen Entitäten, die sich in ihrer ganzen verblüffenden Einfachheit offenbart:

Physiker sind wahrscheinlich daran gewöhnt und stören sich nicht daran, aber es ist wirklich verwirrend zu sehen, dass die Energie des Lichts in irgendeiner Weise „äquivalent“ zum Punktprodukt von ist$F *s$. Es wäre sinnvoll, diese Definition zwischen verrichteter Arbeit (aufgewandte Energie) und verrichteter Arbeit (mechanische Arbeit) zu ersetzen/integrieren und den Unterschied verschwendete Energie/Arbeit zu nennen:$W_d = W_{mech} + W_w$

Weitere Details zu verschwendeter Energie und verschwendeter Energie in einem Drehmoment finden Sie unter der verlinkten Frage

Ich hoffe, das reicht aus, um Ihre Verunsicherung zu besänftigen.

Wenn Sie Ewigkeiten damit verbringen, gegen eine Mauer zu drücken, wird sie sich nicht bewegen, und Sie haben nicht wirklich mechanische Arbeit geleistet; Die Wand hat am Ende die gleiche Energie. Aber tun Sie dasselbe mit einem Auto (nehmen Sie zuerst die Handbremse!), Und Sie werden es in Bewegung setzen: Die Kraft, die Sie anwenden, gibt dem Auto Bewegung und damit kinetische Energie. Mit anderen Worten, Sie arbeiten am Auto.

Arbeit ist definiert als die Änderung der Energie, die so definiert ist, weil sie eine Erhaltungsgröße ist. Wenn Ihre Intuition von Arbeit oder Energie diesen Ideen nicht entspricht, sollten Sie versuchen, sie zu entwickeln, indem Sie über Probleme wie diese nachdenken. (Achten Sie darauf, dass die genaue physikalische Definition von Begriffen möglicherweise nicht ganz mit der Art und Weise übereinstimmt, wie dieselben Wörter im allgemeinen Sprachgebrauch erscheinen!)

Ja, ich habe die gleiche Frage gestellt. Ich habe das Gefühl, dass ich in Bezug auf den Kommentar des Holographen weiß, dass, wenn eine Tonkugel gegen eine Wand schlägt, kinetische Energie erzeugt wird, aber im Sinne von Wärme. Ich bin mir nicht ganz sicher, ob der Wand keine Energie hinzugefügt wird. Man fragt sich, was ist der Unterschied zwischen einer Tonkugel, die gegen eine Wand schlägt, und einer Tonkugel, die lange gegen eine Wand drückt?

Man kann sehen, woher die Idee kommt, dass Energie im Sinne von Bewegungsenergie (kinetische Energie) makroskopisch nicht in der Bewegung der Wand sichtbar ist. Wenn Sie nicht bewirken, dass ein Objekt Energie hat, geben Sie keine Energie, und daher sollte F * t nicht die angemessene Energiedefinition sein.

Wenn wir versuchen, Energie zu definieren, muss sie übertragbar sein. F*d ist dahingehend übertragbar, dass ich, wenn ich Kraft über eine Entfernung anwende, wissen kann, dass die resultierende Energie erzeugt wurde. Untersuchen Sie einen Ball, der Kraft mal Entfernung hat, der Ball gewinnt kinetische Energie, die verwendet werden kann, um eine Tonfigur zu zerstören. Untersuche eine Kiste, die über den Boden geschoben wird. Diese Energie wird in Form von Wärme und Sandeffekten auf den Boden übertragen. Beide Situationen brechen zusammen, wenn Energie als Impuls definiert wird, und hier ist der Grund:

Wenn wir den Ball auf beiden Seiten gleichmäßig drücken, ist der Impuls größer als die geleistete Arbeit, umso mehr für längere Zeiten. Aber wenn wir den Ball loslassen, hat er überhaupt keine Fähigkeit mehr, irgendetwas zu tun, es sei denn, er ist elastisch! Gleiches gilt für die Kiste. Wenn eine Kiste lange Zeit auf beiden Seiten mit gleicher Kraft geschoben wird, geht die Kiste nirgendwo hin und hat trotzdem viel Impuls gehabt. Versuchen Sie, den Impuls zu übertragen. Je mehr Gedankenexperimente Sie machen, desto überzeugter werden Sie sein. Versuchen Sie, dasselbe für die Arbeit zu tun, und es „funktioniert“ besser.