1.8.1 Arbeit, Leistung

Arbeit

Abb. 1

Wird ein Gegenstand mit einer bestimmten Kraft F einen bestimmten Weg verschoben, dann spricht man von einer Arbeit W.

Es erscheint sinnvoll, von einer Verdopplung der Arbeit zu sprechen, wenn entweder der Verschiebungsweg s oder die Kraft F verdoppelt wird. Dieser Auffassung entspricht das Produkt F · s als Maß der Arbeit.

W = F · s;        Einheit von W:   N · m = J (Joule)

Zur Verrichtung einer Arbeit können verschiedene Hilfsmittel herangezogen werden. Bekannte Hilfsmittel sind der Flaschenzug, die schiefe Ebene, der Hebel usw.. Ein Arbeitsmaß kann man nur dann als sinnvoll anerkennen, wenn sein Wert nur von den Zuständen vor und nach der Arbeit, nicht aber von der Art der Ausführung abhängt. So sollte die Arbeit W zum Anheben eines 10 kg-Gewichts um 1m nicht davon abhängen ob das Gewicht mit Rolle und Seil oder statt dessen mit einem Flaschenzug hochgezogen wird.

Abb. 2

An den in der Abb. 2 skizzierten Flaschenzügen ist erkennbar, dass die Arbeit unabhängig vom verwendeten Hilfsmittel ist.

Bei der Definition des Arbeitsmaßes wurde zunächst daran gedacht, dass der Verschiebungsweg und die Kraft gleich gerichtet sind. Wenn die Kraft sich so verhält, wie dies in Abb. 3 angedeutet ist, dann erscheint es sinnvoll zur Berechnung der Arbeit nur die Kraftkomponente in Richtung des Verschiebungsweges zu nehmen.

Abb. 3

Nach der zur Abb. 3 gegebenen allgemeinen Definition des Arbeitsmaßes erhält man eine negative Arbeit, wenn die Kraft der Verschiebung entgegen gerichtet ist. Dies ist dann der Fall, wenn jemand einen rollenden Wagen abbremst.

Leistung

Eine Arbeit von z.B. 1000 J ist unterschiedlich zu bewerten, je nachdem ob sie in 10 s oder 1000 s verrichtet wird. Im ersten Fall wird von höherer Leistung gesprochen. Unter Leistung versteht man die in einer Zeiteinheit verrichtete Arbeit.

Leistung P(power) = W / t ;      Einheit:  Joule / Sekunde = Watt (W)