Energie und Impuls: * 4 Arbeit, Energie und Leistung * 5 Teilchensysteme und Impuls *

 

  4 Arbeit, Energie und Leistung

  • Verschiebt eine Kraft  einen Körper um die Wegstrecke  so verrichtet sie die mechanische Arbeit dW:

 

  • Konservative Kräfte
    Eine Kraft heißt konservativ, wenn die gesamte Arbeit entlang eines beliebigen geschlossenen Weges null ist.

Oder:
Die Arbeit, die eine konservative Kraft
an einem Massenpunkt bei der Verschiebung
vom Punkt 1 zum Punkt 2 verrichtet, ist unabhängig vom Weg auf dem die Verschiebung erfolgt.

  • Unter der Energie eines Systems versteht man dessen Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.
  • Potentielle Energie
    In einem konservativen Kraftfeld ist die Änderung der potentiellen Energie eines Systems gleich der Arbeit, die von einer äußeren Kraft an dem Systems verrichtet wird. Die potentielle Energie ist bis auf eine Konstante festgelegt.

    Beispiele:

Höhenenergie:

Spannenergie einer Feder:

  • Gradient
    Eine konservative Kraft hat die Tendenz, ein Teilchen in eine Richtung zu beschleunigen, in der die potentielle Energie kleiner wird.
;
  • Kinetische Energie, Bewegungsenergie
    Die kinetische Energie eines Körpers der Masse m beträgt
    :

  • Ein abgeschlossenes System hat keine Wechselwirkung und keinen Austausch von Materie mit seiner Umgebung.
  • Satz von der Erhaltung mechanischer Energie.
    In einem abgeschlossenen System, in dem nur konservative Kräfte (keine Reibungskräfte) wirken, bleibt die mechanische Energie konstant (Summe aus potentieller und kinetischer Energie).
  • Die Leistung P gibt an, wieviel Energie pro Zeiteinheit von einem System auf ein anderes übertragen wird:

Wenn eine Kraft  auf ein Teilchen ausgeübt wird, das sich mit der Geschw.  bewegt, gilt:

 ;


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