Arbeit, Leistung und Energie¶

Mechanische Arbeit¶

Die folgenden Experimente beziehen sich auf den Abschnitt Mechanische Arbeit.

Einfache Beispiele mechanischer Arbeit

Material:

Durchführung:

Hebe zunächst eine leichte, dann eine schwere Tragetasche vom Boden auf den Tisch. In welchem Fall war die verrichtete Arbeit (spürbar) größer?
Stelle einen Stuhl auf den Tisch. Hebe die leichte Tragetasche vom Boden auf den Tisch. Stelle sie zurück auf den Boden und hebe sie anschließend auf den Stuhl, der auf dem Tisch steht. In welchem Fall hast Du hierbei mehr (Hub-)Arbeit verrichtet?
Nehme den Stuhl vom Tisch und schiebe ihn zunächst zwei, dann vier Meter weit über den Boden. Lasse dann einen Mitschüler auf den Stuhl sitzen und schiebe ihn erneut zunächst zwei, dann vier Meter weit. Wie wirkt sich in diesem Fall die Größe der Reibungskraft und die Länge des Weges auf die verrichtete Arbeit aus?

Die folgenden Experimente beziehen sich auf den Abschnitt Mechanische Leistung.

Leistung im Treppenhaus

Material:

Durchführung:

Drucke die obige Tabelle aus oder fertige eine entsprechende Tabelle selbst an.
Gehe mit einigen Mitschülern oder Freunden in ein Treppenhaus. Wählt eine Treppe aus, die für ein gefahrloses Hochrennen gut geeignet ist.
Messe mit Hilfe eines langen Maßbandes oder eines Meterstabes die Höhe $h$ der Treppe.
Notiere dir die Gewichtskraft $F_{\mathrm{G}} = m \cdot g$ aller Läufer. (Gerundet: $F_{\mathrm{G}} \approx \text{Masse in kg } \cdot \unit[10]{N}$ )
Stoppe jeweils die Zeit $t$ , die deine Mitschüler für das Hochrennen der Treppe benötigen und trage die Werte in die Messtabelle ein.
Berechne zunächst die verrichtete Arbeit $W = F_{\mathrm{G}} \cdot h$ und anschließend die erbrachte Leistung $P = \frac{W}{t}$ . Wer hat beim Hochrennen welche Leistung erbracht?

Die folgenden Experimente beziehen sich auf den Abschnitt Mechanische Energie.

Sprunghöhe eines Flummis

Material:

Stativmaterial (ein Stativfuß, eine lange und kurze Stativstange, eine Quermuffe)

Durchführung:

Lasse einen Flummi aus einer bestimmten Höhe (z.B. $h = \unit[1,5]{m}$ ) auf eine Stahl- oder Holzplatte oder auf Sand fallen.
Wie hoch springt der Ball zurück? Messe die Sprunghöhe und überlege, wie viel Prozent der Ausgangshöhe $h$ sie beträgt.
Welche Energieumwandlungen sind aufgetreten? Was ist mit der „verlorenen“ Energiemenge geschehen?

„Fallstudie“ mit Steinen und Gewichten

Material:

Durchführung:

Hebe einen Stein hoch und lasse ihn auf die Blechdose fallen. Wann wird Arbeit verrichtet? Welche Energieumwandlungen finden statt?
Drücke mit wenig Kraft die Nägel entlang einer Reihe und mit etwas Abstand zwischen den Nägeln in den Hartschaumblock hinein. Die Nägel sollten dabei gleich weit aus dem Hartschaum-Block heraus reichen und sich.
Lasse unterschiedlich schwere Gewichte aus jeweils der gleichen Höhe auf die Nägel fallen. Wie wirkt sich die unterschiedliche Masse der Gewichte oder eine andere Fallhöhe auf die Eindringtiefe der Nägel aus?