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Arbeit
wird immer dann ausgeführt, wenn ein Körper gegen eine auf ihn wirkende Kraft bewegt wird. Wenn der Kraftvektor F und der Verschiebungsvektor s die gleiche Richtung haben und die Kraft über den gesamten Weg konstant ist, gilt für die Arbeit W:
W = F * s
Hebearbeiten
Die Hubarbeit Wh, die einen Massenkörper m um die Höhe h hebt, ist:
Wh = mgh
Es spielt keine Rolle, wie der Körper den Höhenunterschied h überwindet, ob vertikal oder auf einer geneigten Ebene (Eine geneigte Ebene, auch Rampe genannt, ist eine flache, schräg geneigte Auflagefläche mit einem Ende höher als das andere, die als Hilfsmittel zum Heben oder Senken einer Last dient). Die Hubarbeit ist unabhängig vom Hubweg; sie hängt nur von der Gewichtskraft des zu hebenden Körpers und vom Höhenunterschied h ab.
Spannkraft
Die Spannarbeit Wsp, die erforderlich ist, um eine Feder mit der Federkonstante auszudehnen (das Hooke’sche Gesetz ist ein physikalisches Prinzip, das besagt, dass die Kraft, die benötigt wird, um eine Feder um einen gewissen Abstand auszudehnen oder zusammenzudrücken, proportional zu diesem Abstand ist) D um den Betrag x aus der Ruheposition:
Sync = ½ E x2
BeschleunigungsarbeitBeschleunigung
Die Beschleunigungsarbeit Wa, die mit fortschreitender Bewegung einen Massenkörper m von Ruhe auf Geschwindigkeit v beschleunigt:
Wa = ½ m v2
Für die Beschleunigungsarbeit Wr, wenn der Körper au
s der Ruhe beschleunigt wird:
Wr = ½ J w2
wobei J der Betrag des Trägheitsmoments der zu beschleunigenden Masse bezüglich der gewählten Drehachse und w der Betrag der Winkelgeschwindigkeit ist.
In beiden Fällen ist die Beschleunigungsarbeit gleich der kinetischen Energie, die der beschleunigte Körper nach Beendigung der Beschleunigung hat.
Formelzeichen: W, Wh, Wsp, Wa, Wr Einheiten: Joule (J) / Newtonmeter (Nm)
BeschleunigungBeschleunigung
Ändert sich die Geschwindigkeit v eines sich bewegenden Körpers, spricht man von Beschleunigung. Wenn die Geschwindigkeitsänderung Dv in gleichen Zeitabständen Dt gleich ist, dann stellt man ein
a = Dv / Dt
und spricht von einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung. Bei ungleichmäßiger Beschleunigung der Bewegung muss die sogenannte Momentanbeschleunigung (Beschleunigung ist in der Physik die Geschwindigkeitsänderungsrate eines Objekts in Bezug auf die Zeit) verwendet werden. Die aktuelle Beschleunigung ist die Ableitung der Geschwindigkeit nach der Zeit:
a = Dv / Dt = dv / dt
Die Beschleunigung ist ein Vektor, da neben dem Betrag auch seine Richtung angegeben werden muss, um ihn zu beschreiben. Bei gleichmäßig beschleunigter Bewegung (In der mathematischen Physik sind Bewegungsgleichungen Gleichungen, die das Verhalten eines physikalischen Systems in Bezug auf seine Bewegung als Funktion der Zeit beschreiben), ist dieser Vektor in Betrag und Richtung konstant. Das Auftreten von Beschleunigungen deutet darauf hin, dass Kräfte wirksam sind.
Symbole: a, g Einheiten: Meter pro Quadratsekunde (m*s-2)
Drehmoment Drehmoment Moment
Drehmoment ist ein Vektor (In der Mathematik, Physik und Technik ist ein euklidischer Vektor ein geometrisches Objekt, das Größe und Richtung hat); es ist ein Maß für die Rotationswirkung einer Kraft, die auf einen rotierenden starren Körper wirkt. Der Betrag M des Drehmoments (Drehmoment, Moment oder Moment der Kraft ist Drehkraft) ist gleich dem Produkt aus dem Betrag F der wirkenden Kraft und dem vertikalen Abstand d seiner Wirkungslinie vom Drehpunkt:
M = F * d.
Ist r der Abstand des Angriffspunktes A der Kraft vom Drehpunkt D des betrachteten Körpers und g der Winkel zwischen der Krafteinwirkung und der Verbindungslinie AD, so gilt der Wert M des Drehmoments:
M = F * r * singen
Formelzeichen: M Einheiten: Newtonmeter (Nm)
U/min Drehzahl
Für einen gleichmäßig rotierenden Körper der Quotient aus der Anzahl der Umdrehungen und der dafür benötigten Zeit t:
n = u/t
Die Geschwindigkeit ist gleich der Anzahl der Umdrehungen pro Zeiteinheit (meist pro Sekunde oder pro Minute).
Formelzeichen: n Einheiten: pro Sekunde (s-1)
Messgerät: Drehzahlmesser
Drucken
Der Quotient aus dem Betrag F einer senkrecht auf eine Fläche wirkenden Kraft F und der Größe A dieser Fläche:
p = F/A
Ist die Kraft nicht senkrecht zur Oberfläche, wird sie in zwei Komponenten aufgeteilt, eine senkrecht zur Oberfläche (Fs) und die andere parallel zur Oberfläche (Fp). Da Fp nichts zum Druck beiträgt, sondern nur Fs, ergibt sich die Beziehung für den Druck p:
p = Fs/ A
Formelzeichen: p Einheiten: Pascal (Pa) / Bar (bar) / Atmosphäre (at) / Torr (mmHg)
Mechanische Energie
In der Mechanik gibt es hauptsächlich zwei Formen von Energie, die potentielle Energie und die kinetische Energie.
Die potentielle Energie (Positionsenergie) ist die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Position besitzt. Wenn h=0 für die Erdoberfläche eingestellt ist, ist die Hubarbeit Wh=mgh (g Erdbeschleunigung) erforderlich, um einen Massenkörper m im Gravitationsfeld der Erde auf die Höhe h zu heben. Der Körper besitzt dann die potentielle Energie in dieser Höhe relativ zur Erdoberfläche:
Epot = m*g*h
Wenn er an die Erdoberfläche fällt, kann er die gleiche Arbeit verrichten, die nötig war, um ihn anzuheben. Potenzielle Energie (In der Physik ist potenzielle Energie die Energie, die ein Körper aufgrund seiner Position relativ zu anderen besitzt, Spannungen in sich selbst, elektrische Ladung und andere Faktoren) hat auch eine gespannte Feder (elastische Energie). Um die Länge l2 um eine dem Hakengesetz entsprechende Feder zu verlängern, muss gespannt werden:
Esp = ½D*l2 (D Federkonstante).
Ihre potentielle Energie im Verhältnis zum entspannten Zustand ist dieser Spannarbeit gleichwertig:
Epot = ½D*l2
Beim Entspannen wird die zum Spannen notwendige Arbeit wieder aufgenommen. Generell gilt: Um einen Körper von einem Zustand niedrigerer zu einem Zustand höherer potentieller Energie zu bringen, muss gearbeitet werden, im umgekehrten Fall funktioniert der Körper.
Kinetische Energie (kinetische Energie, Kraft) ist die Energie, die ein Körper aufgrund seines Bewegungszustandes besitzt. Um einen Massekörper m von Ruhe auf Geschwindigkeit v zu bringen, benötigt man eine Beschleunigungsarbeit der Größe :
Wa = m/2 * v2
Die kinetische Energie des Körpers ist gleich der Arbeit “hineingelegt”:
Ekin = m/2 * v2
In diesem Fall ist es eine translatorische Energie. Beim Bremsen gibt die Karosserie die für ihre Beschleunigung erforderliche Arbeit frei.
Formelzeichen: Ekin, Epot-Einheiten: Joule (Das Joule, Symbol J, ist eine abgeleitete Energieeinheit im Internationalen Einheitensystem) (J) / Newtonmeter (Der Newtonmeter ist eine Einheit des Drehmoments im SI-System) (Nm)
Beschleunigung der Schwerkraft
(Beschleunigung durch die Schwerkraft (Die Standardbeschleunigung durch die Schwerkraft, manchmal abgekürzt als Standardbeschleunigung, gewöhnlich bezeichnet durch oder, ist die nominale Gravitationsbeschleunigung eines Objekts in einem Vakuum in der Nähe der Erdoberfläche) ) Die Beschleunigung, die ein Körper erfährt, der im Vakuum im Gravitationsfeld der Erde frei fällt. Die Höhe der Erdbeschleunigung ist ortsabhängig. Sie nimmt mit der Höhe ab (genauer gesagt mit zunehmender Entfernung vom Erdmittelpunkt) nach dem Gravitationsgesetz (das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation besagt, dass ein Teilchen jedes andere Teilchen im Universum mit einer Kraft anzieht, die direkt proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihren Zentren ist). Aber auch auf Meereshöhe hat sie nicht an allen Stellen der Erdoberfläche den gleichen Wert. Durch die Abflachung der Erde nimmt der Abstand zwischen Erdmittelpunkt und Erdoberfläche zu den Polen hin ab und erreicht dort seinen niedrigsten Wert. Die Erdbeschleunigung hat somit ihren höchsten Wert an den Polen (9,83221 m/s2) auf Meereshöhe). Die Abnahme der Erdbeschleunigung zum Äquator ist nicht nur auf die Vergrößerung des Abstands zwischen Erdmittelpunkt und Erdoberfläche zurückzuführen, sondern beruht auch auf Fliehkräften, die durch die Erdrotation zum Äquator hin zunehmen, um seinen höchsten Wert zu erreichen. Am Äquator (Der Äquator bezieht sich normalerweise auf eine imaginäre Linie auf der Erdoberfläche, die vom Nordpol und Südpol äquidistant ist und die Erde in die nördliche und südliche Hemisphäre unterteilt), die Beschleunigung der Schwerkraft (Gravitation, oder Gravitation, ist ein natürliches Phänomen, durch das alle Dinge mit Masse aufeinander zu gebracht werden, einschließlich Planeten, Sterne und Galaxien) auf Meereshöhe hat einen Wert von 9.78049 m/s2. Neben diesen Unterschieden gibt es auch lokale Schwankungen in der Gravitationsbeschleunigung durch die ungleichmäßige Massenverteilung in der Erdkruste, die für die Detektion von Erzvorkommen wichtig sind. Als Standard-Fallbeschleunigung wurde ein Wert von g = 9,800665 m/s2 eingestellt. Oft genügt es, mit dem Näherungswert g = 9,81 m/s2 zu rechnen.
Formelzeichen: g Einheiten: Meter pro Quadratsekunde (In der Geometrie ist ein Raumwinkel der zweidimensionale Winkel im dreidimensionalen Raum, den ein Objekt an einem Punkt unterschreitet) (m*s-2).
FreqünzFreqünz
für einen periodischen Prozess, z.B. eine Schwingung, der Quotient aus der Anzahl n der Periode (Vollschwingungen) und der dafür benötigten Zeit:
v = n/t
Die Frequenz gibt an, wie viele Schwingungen pro Zeiteinheit (meist pro Sekunde) stattfinden.
Formelzeichen: v Einheiten: Hertz (Hz)
Geschwindigkeit
Bei einer gleichmäßigen Bewegung (d.h. einer Bewegung, bei der die gleichen Strecken in gleichen Zeiträumen zurückgelegt werden), der konstante Quotient aus der zurückgelegten Strecke s und der dafür benötigten Zeit t:
v = s/t
Bei ungleichmäßiger Bewegung ist die Geschwindigkeit der entsprechende Differentialquotient:
v = ds/dt
Die Geschwindigkeit ist gemäß ihrer Definition ein Vektor; zusätzlich zu ihrer Größe muss ihre Richtung für ihre vollständige Beschreibung angegeben werden.
Formelzeichen: v Einheiten: Meter pro Sekunde (m*s-1) / Kilometer pro Stunde (km*h-1)
Messgerät: Tachometer
b>Impuls Impuls
Produkt aus der Masse m eines Körpers und seiner Geschwindigkeit v:
p = mv
Der Impuls ist ein Vektor, dessen Richtung der Geschwindigkeit entspricht.
Formelzeichen: p Einheiten: Kilogrammmeter pro Sekunde (kg*m*s-1)
Kraft>Kraft
Ursache der Beschleunigung oder Verformung eines Körpers. Kräfte sind nur an ihrer Wirkung zu erkennen. Umgekehrt kann aus jeder Beschleunigung oder Verformung eine Kraft abgeleitet werden. Die Kraft ist ein Vektor. Für ihre Beschreibung ist es daher notwendig, ihren Betrag, ihre Richtung und ihre Wirkungsweise anzugeben. Der Angriffspunkt einer Kraft auf ihre Wirkungslinie hängt nur von der Verformung eines Körpers ab. Für Kräfte, die starre Körper angreifen, gilt dagegen der so genannte Verdrängungssatz. Sie besagt: Der Wirkungspunkt einer Kraft kann beliebig entlang ihrer Wirkungslinie verschoben werden, ohne ein vorhandenes Gleichgewicht mit anderen Kräften zu stören und ohne die Beschleunigung eines starren Körpers (in der Physik ist ein starrer Körper eine Idealisierung eines festen Körpers, in dem die Verformung vernachlässigt wird) durch die Kraft zu verändern. Im zweiten Newtonschen Axiom ist die Kraft F definiert als das Produkt aus der (zeitlich unveränderlichen) Masse m eines Körpers und der Beschleunigung, die dieser Körper erfährt:
F = m * a
Formelzeichen: F Einheiten: Newton (N) / Kilopond (Die Kilogramm-Kraft, oder Kilopond, ist eine gravitative metrische Krafteinheit) (kp)
Messgerät: Federdynamometer (ein Dynamometer, kurz “dyno”, ist ein Gerät zur Messung von Kraft, Drehmoment oder Leistung)
Spannung SpannungSpannung
Äußere Kräfte können Veränderungen (Verformungen, Versetzungen) in der Struktur eines Festkörpers verursachen. Die daraus resultierenden Spannungen in der Molekularstruktur sind bestrebt, den ursprünglichen Zustand wiederherzustellen.
Formelzeichen: s Einheiten: Newton pro Quadratmeter (N*m-2)
Impuls Kraft Puls
Produkt aus der Kraft F und der Zeit t ihrer Wirkung auf einen Massenpunkt:
P = F * t
Der Kraftstoß ist ein Vektor, dessen Richtung der Kraft entspricht.
Formelzeichen: P-Einheiten: Newton-Sekunde (Die Newton-Sekunde ist die abgeleitete SI-Einheit des Impulses) (Ns)
Mechanische Leistung Mechanische LeistungMechanische Leistung
Für die mechanische Arbeit (In der Physik gilt eine Kraft als wirksam, wenn beim Einwirken eine Verschiebung des Angriffspunktes in Richtung der Kraft vorliegt) W, die ausgeführt wird, wenn der Angriffspunkt einer zeitlich konstanten Kraft mit dem Wert F um den Abstand s, W = F * s in Richtung der Kraft verschoben wird. Die mechanische Leistung P ergibt einen solchen Fall:
P = F * s / t
Formelzeichen: P-Einheiten: Watt (W) / PS (PS)
Masse MasseMasse
Der Begriff Masse wird in der Physik in zweifacher Hinsicht verwendet. Man unterscheidet zwischen träger und schwerer Masse:
Trägheitsmasse ist die Eigenschaft eines Körpers, einer Änderung seines Bewegungszustandes in Größe und Richtung mit einem Widerstand einer bestimmten Größe entgegenzuwirken. Die Größe dieses Widerstandes ist ein Maß für die inerte Masse. Sie tritt im Grundgesetz der Dynamik auf, dem zweiten Newtonschen Axiom: Kraft ist Trägheitsmasse mal Beschleunigung: F = m * a
Schwere Masse ist die Eigenschaft eines Körpers, einen anderen Körper durch Gravitation anzuziehen und von einem anderen Körper angezogen zu werden. Die Anziehungskraft ist ein Maß für die schwere Masse.
Trotz der unterschiedlichen Definitionen von Träger und schwerer Masse sind beide als gleichwertig anzusehen. Präzisionsmessungen haben gezeigt, dass beide proportional zueinander sind. Die Gleichheit von inerter und schwerer Masse bildet die Grundlage der allgemeinen Relativitätstheorie (Allgemeine Relativitätstheorie ist die von Albert Einstein 1915 veröffentlichte geometrische Gravitationstheorie und die aktuelle Beschreibung der Gravitation in der modernen Physik).
Formelzeichen: m Einheiten: Kilogramm (kg) / Tonne (t)
Messgerät: Federkraftmesser (Ein Kraftmesser ist ein kleines, branchenübergreifendes Messgerät zur Messung der Kraft während eines Druck- oder Zugversuchs) / Skala
Schaukeln für
Die Zeit, die für eine volle Schwingung benötigt wird, z.B. für ein vollpendelndes Pendel (Ein Pendel ist ein Gewicht, das an einem frei schwingenden Körper aufgehängt ist). Fregünz v und Vibrationstür T sind wie folgt verbunden:
T = 1/v
v = 1/T
Formelzeichen: T-Einheiten: Sekunde (s)
Messgerät: Uhr
Massenträgheitsmoment
Ein Maß für den Widerstand eines Körpers gegen eine Änderung seiner Winkelgeschwindigkeit (In der Physik wird die Winkelgeschwindigkeit eines rotierenden Körpers als die Änderungsgeschwindigkeit der Winkelverschiebung definiert und ist eine Vektorgröße, die die Winkelgeschwindigkeit eines Objekts und die Achse angibt, um die sich das Objekt dreht). Die kinetische Energie eines Massepunktes der Masse m, der sich auf einer Kreisbahn mit der Umlaufgeschwindigkeit dreht (in der Physik ist die kinetische Energie eines Objekts die Energie, die es aufgrund seiner Bewegung besitzt) v wird berechnet als: Ekin = ½ mv2
Das Trägheitsmoment muss immer die Drehachse enthalten, auf die es sich bezieht. Im Allgemeinen ist das Trägheitsmoment (Das Trägheitsmoment eines starren Körpers ist ein Tensor, der das für eine gewünschte Winkelbeschleunigung um eine Drehachse erforderliche Drehmoment bestimmt) ein und desselben Körpers ändert sich beim Drehen um verschiedene Achsen.
Formelzeichen: J Einheiten: Kilogramm (Das Kilogramm oder Kilogramm ist die Basiseinheit der Masse im Internationalen Einheitensystem und ist definiert als gleich der Masse des Internationalen Prototyps des Kilogramms) Quadratmeter (kg*m2).
Volumen >Volumen
der Teil des Raumes, der von der Oberfläche eines Körpers umschlossen ist. Das Volumen einfacher geometrischer Körper wie Würfel und Quader kann aus Länge, Breite und Höhe berechnet werden. Das Volumen eines unregelmäßig geformten Festkörpers kann z.B. durch Einlegen in einen Messzylinder (ein Messzylinder, Messzylinder oder Mischzylinder ist ein übliches Laborgerät zur Messung des Volumens einer mit Flüssigkeit gefüllten Flüssigkeit) bestimmt werden (sog. Überlaufgefäß). Das Volumen der verdrängten Flüssigkeit und damit auch das Volumen des Tauchkörpers kann aus der Vergrößerung der Flüssigkeitsoberfläche bestimmt werden.
Formelzeichen: V Einheiten: Kubikmeter (Der Kubikmeter oder Kubikmeter ist die SI abgeleitete Volumeneinheit) (m3) / Liter (l) / Registertonne (RT)
Messgerät: Überlaufbehälter
Weg Weg
Der Pfad gibt die zurückgelegte Wegstrecke eines Körpers oder den Abstand zwischen Start- und Endpunkt einer Bewegung an.
Formelzeichen: s Einheiten: Meter (m)
Messgerät: Lineal
Wirkungsgrad Effizienz
Quotient aus der von einer Maschine gelieferten Energie oder der von ihr ausgeführten Arbeit und der ihr zugeführten Energie.
Wenn eine Maschine arbeiten soll, muss sie in irgendeiner Form mit Energie versorgt werden. Nicht die gesamte zugeführte Energie wird in Arbeit umgewandelt, da ein Teil der Energie durch unvermeidbare Reibung , Wärmeverluste und andere Faktoren verloren geht. Ein Maß für die Wirtschaftlichkeit einer Maschine ist der Quotient aus Leistung und Energiebereitstellung. Dieser Quotient wird n h genannt. Der Wirkungsgrad wird oft auch in Prozent angegeben. Sie ist immer kleiner als 1 oder 100%.
Formelzeichen: h Einheit: 1 oder in
Zeit Zeit
Die Zeit wird verwendet, um die Dauer und Reihenfolge der Ereignisse in der Physik zu bestimmen….
Formelzeichen: t Einheiten: Sekunde (s) / Minute (min) / Stunde (h) / Tag (d) / Jahr (a)
Messgerät (Ein Messgerät ist ein Gerät zur Messung einer physikalischen Größe) : Uhr
Ärmel Hülsen
Studenten Duden Die Physik von Meyer
Joachim Grehn Metzler Physik Metzler Lehrbuchverlag