Kraft, Hubarbeit und konstante Geschwindigkeit

RufldiBro · Anmeldungsdatum: 31.08.2015 Beiträge: 1

Meine Frage:
Guten Tag liebes Forum,

ich habe ein Verständnisproblem bei der Hubarbeit.

Folgendes Beispiel:

Ein Klotz mit m = 5kg wird 3 Meter mit konstanter Geschwindigkeit hochgehoben. Klassische Frage könnte hier sein, wie groß die Hubarbeit ist, doch das ganze ist schwierig greifbar für mich. Eigentlich könnte ich jetzt mit m*g*h kommen, einsetzen und fertig, aber ich verstehe eines nicht so recht:

g ist 9,81 m/s^2. Diese Gewichtskraft wirkt nun auf den Klotz. Wäre als der Boden nicht, würde er mit g beschleunigt werden. Der Klotz liegt aber auf dem Boden, also herrscht Kräftegleichgewicht. Nun die eigentliche Frage: Wenn der Klotz nun mit konstanter Geschwindigkeit hochgehoben wird, dann wurde er von v = 0 auf v = v(t) beschleunigt und kurz darauf mit v(t) = const. hochgehoben. Wirkt hierbei eine Kraft? Der Körper wird ja nicht beschleunigt und es gilt F= m*a. Wäre keine Kraft da, dann könnte man die Formel für Potnetielle Energie bzw. Hubarbeit garnicht verwenden. Auf der anderen Seite: Wie soll ein Körper Höhe überwinden, wenn keine Kraft dem Erdschwerefeld entgegenwirkt? Und nochwas: Wenn der Klotz gehoben wird und somit die Hebekraft größer ist als g, müsste dann der Körper nicht eigentlich kontinuierlich beschleunigt werden? Wie passt das zur Vorraussetzung der Höhenüberwindung mit konstanter Geschwindigkeit?

Meine Ideen:
Wenn ein Körper nicht beschleunigt wird, dann wirkt keine Kraft auf ihn in x-Richtung. Da er sich aber kontinuierlich im Erdschwerefeld befindet, wirken immer Kräft in Y-Richtung, selbst wenn er in Ruhe ist. Für mich ist nicht nachvollziehbar, wie ein Körper mit konstanter Geschwindigkeit hochgehoben wird obwohl das offensichtlich möglich ist. Hierfür müsste die Beschleunigung und somit die resultierende Kraft "Null" sein. Wäre dies aber so, würde die Formel für die potentielle Energie keinen Sinn machen, da bei Kräftegleichgewicht garkeine BEwegung stattfindet(oder etwa doch?)

Ich würde mich freuen, wenn mich jemnand aufklären könnte.
Beste Grüße

hansguckindieluft · Anmeldungsdatum: 23.12.2014 Beiträge: 1213

Hallo,

es wirkt tatsächlich die ganze Zeit eine Beschleunigung, nämlich die Erdbeschleunigung g. Und daher ist die Kraft, die Du zum Heben des Klotzes brauchst auch F=m*g. Die Hubarbeit ist dann Kraft * Weg, also F*h. In die erste Gleichung eingesetzt also das bekannte m*g*h.
Die Geschwindigkeit, mit der das stattfindet, spielt dabei keine Rolle, denn wenn Du den Klotz zu beginn beschleunigst, musst Du zum Ende genauso viel wieder abbremsen. Netto ist dann die Arbeit für das Beschleunigen und Abbremsen Null.

Gruß

PhyMaLehrer · Anmeldungsdatum: 17.10.2010 Beiträge: 1085 Wohnort: Leipzig

Ich sehe da kein Problem. Schließlich heißt es ja:

Ein Körper befindet sich in Ruhe oder in geradlinig gleichförmiger Bewegung, solange die Summe aller auf ihn wirkenden Kräfte Null ist.

Hier ist Gewichtskraft = Zugkraft und ihre Summe ist Null, da sie entgegengesetzt gerichtet sind.
Zum "Anrucken" und Abbremsen muß die Zugkraft größer (Beschleunigung) bzw kleiner (negative Beschleunigung!) als das Gewicht sein.
Wenn der Klotz dann oben unbeweglich (v = 0) am Seil hängt, sind die beiden Kräfte wieder gleich. Die Ruhe ist ja auch nur ein Spezialfall der geradlinig gleichförmigen Bewebung, eben mit v = 0! Augenzwinkern

RufldiBro1 · Gast

Danke euch beidne für die Antworten. Den Effekt des Abbremsen habe ich garnicht berücksichtigt Hammer

. Es scheint also so zu sein:

Es wird kraft aufgewendet (Kran, Mensch etc.), die den Körper auf V1 beschleunigt, sie ist also größer als 5kg* 9,81m/s^2.

Nun verändert sich die Kraft auf genau 5kg * 9,81 m/s² und der Klotz erfährt eine gleichförmige bewegung (PhyMaLEhrer: "Ein Körper befindet sich in Ruhe oder in geradlinig gleichförmiger Bewegung, solange die Summe aller auf ihn wirkenden Kräfte Null ist.
")

Die Kraft wird kleiner als 5kg *9,81 m/s^2, der Klotz wird abgebemst

Die Kraft wird wieder exakt 5kg * 9,81m/s^2, der Körper ruht

RufldiBro:"Netto ist dann die Arbeit für das Beschleunigen und Abbremsen Null. "

Das ist plausibel und erklärt auch, dass die größe der Geschwindigkeit mit der Abeit nichts zu tun hat (dafür gibt's ja die Leistung)

Eines bleibt aber noch etwas unklar:

hansguckindieluft: "Und daher ist die Kraft, die Du zum Heben des Klotzes brauchst auch F=m*g. "

PhyMaLehrer:"Ein Körper befindet sich[...] in geradlinig gleichförmiger Bewegung, solange die Summe aller auf ihn wirkenden Kräfte Null ist. "

Meinen diese beiden Aussagen das gleiche? Kernaussage aus meiner Sicht: Bei Kräftegleichgewicht gleichförmige Bewegung oder Ruhelage

Danke bisher für eure, auf den ersten Blick, sehr plausiblen Antworten

hansguckindieluft · Anmeldungsdatum: 23.12.2014 Beiträge: 1213

Ja, beide Aussagen sind äquivalent.
F=m*g
=> F-m*g=0 (Summe aller Kräfte ist Null)

Gruß