Grundlagen der Mechanischen Arbeit und Leistung

Arbeitsnachfrage: Definition

Arbeitsnachfrage ist eine Aktivitätsklasse von Aufwand, entweder muskulösen oder geistigen Ursprungs, die den Begriff der Arbeit in einem engeren Sinne verwendet.

Mechanische Arbeit: Grundlagen

Bedingungen für mechanische Arbeit

Der Begriff der mechanischen Arbeit impliziert zwei notwendige Bedingungen, wenn eine Kraft auf einen Körper einwirkt:

• a) Eine Kraft überwindet einen Widerstand.
• b) Eine Verschiebung entlang der Wirklinie der Kraft findet statt.

Es wird keine mechanische Arbeit verrichtet, wenn einer dieser beiden Faktoren gleich Null ist.

Einflussfaktoren auf die mechanische Arbeit

Es wird deutlich, dass beim Heben eines schweren Körpers mehr Arbeit verrichtet wird, und auch dann, wenn dieser Körper auf eine größere Höhe gehoben wird. Daher ist die Arbeit, die verrichtet wird, um eine Kraft zu überwinden, direkt proportional zur überwundenen Kraft und dem zurückgelegten Weg.

Kraftkomponenten und Arbeitsverrichtung

Die aufgebrachte Kraft ist nicht immer in Richtung der Verschiebung. Nehmen wir an, ein Körper bewegt sich horizontal unter der Wirkung einer Kraft, die einen Winkel mit der Richtung der Verschiebung bildet. Die Kraft kann in zwei Komponenten zerlegt werden:

• F1: Senkrecht zur Verschiebung.
• F2: In Richtung der Verschiebung.

Nur die Komponente F2, die in Richtung der Verschiebung wirkt, verrichtet Arbeit. Die mechanische Arbeit, die von einer Kraft an einem bewegten Körper verrichtet wird, ergibt sich aus der Multiplikation der Verschiebung mit der Komponente der Kraft, die in Richtung der Verschiebung wirkt.

Einheiten der Arbeit

Joule (J)

Das Joule ist die Arbeit, die verrichtet wird, wenn eine Kraft von 1 Newton (N) ihren Angriffspunkt um 1 Meter (m) in die gleiche Richtung und den gleichen Sinn wie die Kraft bewegt.

Wattstunde (Wh)

Die Wattstunde (Wh) ist die Arbeit, die ein 1-Watt-Motor in einer Stunde verrichtet.

Kilowattstunde (kWh)

Die Kilowattstunde (kWh) ist die Arbeit, die ein Motor mit 1 Kilowatt (kW) Leistung in einer Stunde verrichtet.

Leistung

Definition der Leistung

In der Definition von Arbeit ist der Begriff der Zeit nicht enthalten. In der Praxis zeichnen sich Maschinen oder Motoren dadurch aus, dass sie in einer bestimmten Zeit mehr oder weniger viel Arbeit verrichten können. Dies ist ihre Leistung.

Die Leistung einer Maschine oder eines Motors ist die verrichtete Arbeit pro Zeiteinheit.

Einheiten der Leistung

Watt pro Zeiteinheit

Eine Maschine hat eine Leistung von 1 Watt, wenn sie 1 Joule Arbeit pro Sekunde verrichten kann.

Leistungsumrechnungen

• 1 Kilowatt (kW) = 1000 Watt (W)
• 1 CV (Pferdestärke) = 735 Watt (W)
• 1 PS (Horsepower) = 744 Watt (W)