In der Physik hat Arbeit eine präzise Definition: Energie, die übertragen wird, wenn eine Kraft einen Gegenstand durch eine Verschiebung bewegt. Leistung ist die Rate, mit der Arbeit geleistet wird.
Schlüsselformeln
Arbeit:
W = F × d × cos(θ)
Leistung:
P = W / t = F × v
Kinetische Energie:
Ek = ½ × m × v²
Potentielle Energie:
Ep = m × g × h
Schritt-für-Schritt-Beispiele
Arbeitsbeispiel: Sie schieben eine Kiste 5 m mit 40 N horizontaler Kraft. W = 40 × 5 × cos(0°) = 200 Joule
Leistungsbeispiel: Sie verrichten 200 J Arbeit in 4 Sekunden. P = 200 / 4 = 50 Watt
Rampe: Arbeit zum Schieben einer 100-kg-Kiste 10 m eine 30°-Rampe hinauf: h = 10 × sin(30°) = 5 m → W = 100 × 9,81 × 5 = 4.905 J
Einheiten
| Größe | SI-Einheit |
|---|---|
| Kraft | Newton (N) |
| Arbeit/Energie | Joule (J) |
| Leistung | Watt (W) |
| 1 Pferdestärke | 746 W |
Energieerhaltung
In einem idealen System: Ek + Ep = konstant. Reale Systeme verlieren Energie durch Reibung und Wärme.