Arbeitsblatt: Arbeit,Energie und Leistung

Physik Arbeit, Energie und Leistung 1 Arbeit Physikalische Arbeit In unserer Alltagssprache brauchen wie den Begriff Arbeit für körperliche (Handwerker, Taxifahrer) und geistige (Büroangestellte, Schüler) Anstrengung. In der Physik versteht man unter Arbeit aber immer eine Tätigkeit, die mit Kraft und Bewegung verbunden ist. Dabei kann diese Tätigkeit von Mensch, Tier oder Maschine ausgeführt werden. Wird ein Körper durch längs eines bewegt, so spricht man in der Physik von Arbeit. Die Arbeit ist umso grösser, je . der Weg und je . die aufgewendete Kraft ist. Verschiedene Arten von Arbeiten Benenne und beschreibe die Art der Arbeit. Ergänze die Beschreibung mit weiteren Beispielen. Berechnung der mechanischen Arbeit Die verrichtete Arbeit hängt also von der . und vom ab. In der Mechanik bezeichnet man die Arbeit als Produkt von und . Arbeit Beispiel: Formel: Physik Arbeit, Energie und Leistung Kraft N 2 Arbeit . Weg .m Masseinheit: Nm (Newtonmeter) Für Berechnungen immer und verwenden! Die goldene Regel der Mechanik Kann man Arbeit sparen? 1 FG 600N, 2 2 1 3 Wh . 2 FS 150N, 8 Ws . 3 FE 300N, 4 WE . Die Arbeit wurde auf drei Arten verrichtet: Hochheben (Wh), mit Flaschenzug (WS) und mit einer schiefen Ebene (WE). Arbeit mit Rollen In den Abbildungen gilt: 1 cm Federdehnung (Kraftmesser) – 10 N, 1 cm Weg (Höhe) – 1 Die Last wird hochgebracht über eine feste Rolle benötigte Kraft [N] Weg [m] verrichtete Arbeit [Nm] Arbeit mit schiefer Ebene In den Abbildungen gilt: 1 cm Federdehnung (Kraftmesser) – 10 N, 1 cm Weg (Höhe) – 1 über eine lose Rolle Physik Die Last wird hochgebracht Arbeit, Energie und Leistung senkrecht 3 über eine steile schiefe Ebene über eine flache schiefe Ebene benötigte Kraft [N] Weg [m] verrichtete Arbeit [Nm] Goldene Regel der Mechanik (Buch S. 103) Ohne Energie keine Arbeit Begriff Energie Um überhaupt Arbeit verrichten zu können, braucht es Energie. Ohne Energie kann kein Lebewesen und keine Maschine Arbeit verrichten. Das Vermögen Arbeit zu verrichten, nennt man deshalb Energie. Oder anders ausgerückt: Energie ist Verschiedene Energieformen Ähnlich wie es verschiedene Arten von Arbeiten gibt, unterscheidet man auch verschiedene Energieformen. Physik Arbeit, Energie und Leistung 4 Berechnung und Masseinheit der Energie Die Höhen oder Lageenergie kann wie die Hubarbeit berechnet werden: Die anderen Energieformen können anders berechnet werden. Dies wird aber erst in anderen Physikkapiteln gezeigt. Da Energie gespeicherter Arbeit gleichkommt, können auch dieselben Masseinheiten verwendet werden: Für andere Energieformen werden aber häufig andere Masseinheiten gebraucht (Wärmeenergie: Joule; elektrische Energie: Wattsekunde). Um Missverständnisse zu vermeiden, gilt die für alle Energieformen die Masseinheit Joule (J). Dabei gilt: 1 Nm 1 1 Ws Weitere Zusammenhänge: 1 kJ J .kcal 1 kWh .Wh .Ws Energieumwandlungen (Buch S. 106, 107, 111) Um Arbeit zu verrichten, wird also Energie gebraucht. Durch das Verrichten einer Arbeit wird die Energie in eine andere Form umgewandelt. Dabei geht gesamthaft keine Energie verloren. Häufig wird die Energie aber in eine Form umgewandelt, die nicht mehr genutzt werden kann (Reibungsarbeit in Wärmeenergie). Oft ist die erste Energieform die Sonnenenergie. Beschreibe die weiteren Energieumwandlungen: 1 energie in der Sonne 2 energie in den Wolken 3 energie im Stausee 4 energie in der Fallröhre 5 energie in der Turbine 6 Energie in der Leitung Physik Arbeit, Energie und Leistung 5 Leistung Begriff Leistung Albert (A) und Bruno (B) ziehen beide die gleich schwere Last (F 400 N) hoch. Albert braucht 12 s, Bruno benötigt 15 s. Welcher der beiden Arbeiter verrichtet dabei die grössere Arbeit? Welcher der beiden Arbeiter wird wohl den grösseren Lohn haben (warum)? Wenn eine Arbeit verrichtet wird, kann dies langsam oder schnell geschehen. Sehr oft kommt es aber darauf an, dass eine Arbeit möglichst schnell verrichtet wird, d.h. dass ein hohes Arbeitstempo erreicht wird. In der Physik nennt man das Physik Arbeit, Energie und Leistung 6 Berechnung der Leistung Unterschiedliche Arbeitsgeschwindigkeiten lassen sich am einfachsten vergleichen, wenn man die verrichtete Arbeit je Sekunde berechnet. Deshalb wurde die Leistung folgendermassen festgelegt: Leistung Formel: P: power Masseinheiten 1 1 1W (1 Watt, nach James Watt: 1736 – 1891) 1000 1 (ein Watt) ist eine sehr kleine Leistung: 1W wird erbracht, wenn z.B. eine Schokolade mit der Gewichtskraft von 1 in 1 Sekunde 1 Meter hochgehoben wird. Alte Masseinheit: 1 PS 0.735 kW 1 kW 1.36 PS Beispiele von Leistungen Mensch (Dauerleistung).70 – 100 Lastwagen250 kW Mensch (kurzzeitig)2 kW Lokomotive Re 4/4 460.6100 kW 6.1 MW Pferd (Dauerleistungca. 500 Airbus 310.34 000 kW 34 MW Handbohrmaschine500 Passagierschiff45 000 kW 45 MW Mofa.1 kW Kraftwerk Klosters16500 kW 16.5 MW Personenwagen.120 kW Kernkraftwerk Gösgen.940 000 kW 940 MW Aufgaben Leistungen 1. Berechne die Leistungen von Albert und Bruno. 2. Berechne die Dauerleistung eines Pferdes in PS. 3. Ein sehr schöner Volvo Kombi V70 hat die sagenhafte Leistung von 145 PS. Berechne diese Leistung in kW. 4. Welche Leistung muss der Motor einer Hebebühne zum Anheben von Autos haben, wenn eine Last (Säule mit Auslegern der Hebebühne und Fahrzeug) mit der Gewichtskraft 12000 in der Zeit von 15 und 1,75 angehoben werden soll