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Arbeit:
Energie überschreitet Systemgrenzen
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Energie wird zugeführt

Beispiel: Ein Sack der Masse m = 75 kg wird von einem Arbeiter mit einem Seil 4 m hochgezogen.
Welche Energie wird dem Sack zugeführt und woher kommt sie?
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Beispiel: Eine Kiste wird mit einer konstanten Kraft 20 m über den Boden gezogen.
Die dabei aufgewendete Kraft beträgt F = 200 N.
Welche Energie wird der Kiste zugeführt.
Wo bleibt sie, wenn die Kiste mit konstanter Geschwindigkeit gezogen wird?
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Die Bewegungsenergie wird erhöht

Ein Auto wird mit einem Seil abgeschleppt.
Das System Auto ist nicht abgeschlossen, da über das Seil eine Kraft F ausgeübt wird.
Sie ist konstant, wenn das Auto mit a = F/m beschleunigt und Reibungskräfte unberücksichtigt bleiben.

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Die mit Kraft übertragene Energie heißt Arbeit

Wird Energie mittels Kraft übertragen, so spricht man von Arbeit.

Merke Arbeit ist mithilfe einer Kraft von einem System auf ein anderes übertragene Energiemenge W.
Ist die in Richtung des Verschiebungswegs s wirkende Kraft F konstant, so ist die Arbeit das Produkt aus F und s
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Graphische Darstellung der Arbeit

 
Ist die an einem System angreifende Kraft F konstant, so erhält man eine Parallele zur s - Achse.
Die Fläche darunter stellt die Arbeit dar.
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Folgt die Kraft F dem hookeschen Gesetz, so erhält man im s - F Diagramm eine Ursprungsgerade.

Dir Fläche unter der Geradenstellt die Arbeit dar.

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Reibungskräfte vermindern mechanische Energie

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Es stellt sich nun die Frage: Wo ist die Energie geblieben?

Energieerhaltung durch Zunahme der inneren Energie

In der Physik setzt man auf den Satz von der Erhaltung der Energie.
Wo also ist die mechanische Energie beim Bremsvorgang geblieben?
Genauere Beobachtungen liefern einen Hinweis:
Dort wo Reifen und Straße oder Bremsbacke und Bremsscheibe sich gerieben haben, ist die Temperatur der Materialien gestiegen.
Temperaturzunahme wird auch als Zunahme der inneren Energie bezeichnet.

Merke Reibung mit der konstanten Kraft FR entzieht dem System längs des Reibungsweges s die mechanische Energie W = FR . s und wandelt diese in innere Energie des Systems um.
Bezieht man das Konto der inneren Energie mit ein, bleibt die Energiesumme auch bei Vorgängen mit Reibung konstant.

Energieentwertung

Die vom bremsenden Auto abgezweigte Energie (Wärme = innere Energie) hat für das Auto keinen Wert mehr.
Man spricht deshalb von Energieentwertung.
Sie tritt bei allen Energieumsetzungen auf.
Die ursprüngliche Energie geht dabei in weniger nutzbare Formen über.
Obwohl der entwertete Teil nicht verloren ist, spricht man im Alltag oft unkorrekt von Energieverlust oder Energieverbrauch.

Versuch Ein Pingpongball wird auf harten Boden fallen gelassen.
Er springt einige Zeit. Dabei verliert er immer mehr an Höhe und kommt schließlich zum Stillstand.
Wo ist die Energie geblieben?

Die Energie wurde durch Luftreibung und Verformung in Wärme umgewandelt.
Sie ist nicht verloren gegangen, sie wurde umgewandelt in innere Energie.