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Arbeit und Leistung

MittelschulePhysikHeben mit konstanter Geschwindigkeit senkrecht gegen die Schwerkraft, ohne Verluste und mit g = 9,81 m/s²

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Über dieses Experiment

Eine Last höher zu heben erfordert mehr Arbeit. Sie in kürzerer Zeit zu heben erfordert mehr Leistung, auch wenn die Arbeit unverändert bleibt. Vergleiche Lasten und Höhen mit einem idealen Hebezeug und ändere dann die Dauer, um die Energieübertragung von der Übertragungsrate der Energie zu unterscheiden.

Lernziele

  • Untersuche, wie sich die Hubhöhe auf die Arbeit auswirkt, während die anderen Variablen konstant gehalten werden.
  • Nutze das Diagramm und die Messwerte, um eine Vorhersage zu überprüfen.
  • Erkläre die physikalischen Annahmen und wo dieses Modell nicht mehr gilt.

Anleitung

  1. 1Hebe 20 kg in 5 s um 3 m an. Überprüfe, dass die Arbeit 588,6 J und die Leistung 117,72 W beträgt.
  2. 2Speichere die Kurve und verdopple dann die Masse. Vergleiche die Arbeit bei jeder Höhe.
  3. 3Halbiere die Dauer bei gleichbleibender Masse und Höhe. Welche Anzeige verdoppelt sich?
  4. 4Setze die Höhe auf null. Erkläre, warum die Stützkraft ungleich null bleibt, während die Arbeit null ist.

Das Modell

Die Arbeit entspricht der gewonnenen Gravitationsenergie.
Leistung ist die pro Sekunde übertragene Energie.

Annahmen

  • Während des Hebevorgangs bewegt sich die Last mit konstanter Geschwindigkeit vertikal. Anfahr- und Abbremsvorgänge werden vernachlässigt.
  • Es gibt keine mechanischen Verluste. Arbeit und Leistung beziehen sich auf die nutzbare Energieübertragung auf die Last, nicht auf die elektrische Eingangsleistung.

Im Unterricht ausprobieren

  1. Q1Zwei Motoren heben dieselbe Last um dieselbe Höhe, benötigen dafür aber unterschiedlich lange. Welche Größen sind gleich?
  2. Q2Wie viel nutzbare Leistung ist erforderlich, um 50 kg mit 0,4 m/s anzuheben?

Häufig gestellte Fragen

Warum ändert sich die Kraft nicht mit der Dauer?

Bei konstanter Geschwindigkeit gleicht die Hebekraft die Gewichtskraft aus. Eine kürzere Dauer erhöht die Geschwindigkeit, nicht die erforderliche konstante Hebekraft.

Ist die durchschnittliche Leistung gleich der momentanen Leistung?

Während des idealen Abschnitts dieses Hebevorgangs mit konstanter Geschwindigkeit: ja. Reale Motoren benötigen außerdem Leistung, um die Last zu beschleunigen und Verluste auszugleichen.