Was ist Arbeit?

In der Physik wird Arbeit nur dann verrichtet, wenn eine Kraft einen Körper ein Stück weit verschiebt.

• Alltag:Arbeit heißt dort alles, was anstrengt.
• Physik:Arbeit braucht immer eine Kraft und einen Weg.
• Ohne Weg keine Arbeit:Wer die Kiste nur hält, verrichtet keine Arbeit — auch wenn die Arme zittern.

Nur die Kraft längs des Weges zählt

Entscheidend ist der Anteil der Kraft, der in Richtung des Weges zeigt.

• Kiste tragen:Kraft nach oben, Weg zur Seite — die verrichtete Arbeit ist null.
• Kiste heben:Kraft und Weg zeigen in dieselbe Richtung, du verrichtest Hubarbeit \( W = m \cdot g \cdot h \).
• Einheit:\( 1\,\mathrm{J} = 1\,\mathrm{N} \cdot \mathrm{m} \) — dieselbe Einheit wie bei der Energie.
• Das ist kein Zufall: Die verrichtete Arbeit gibt an, wie viel Energie dabei übertragen oder umgewandelt wird.

Die blaue Fläche unter dem Kraft-Weg-Graphen ist die verrichtete Arbeit — ein Rechteck bei konstanter Kraft, ein Dreieck oder Trapez bei sich ändernder Kraft.

Halte fest: Arbeit ist die Fläche unter dem F‑s‑Graphen — ein Rechteck bei konstanter Kraft, ein Dreieck bei der Feder (Kraft wächst von 0), allgemein mittlere Kraft mal Weg. Der Knopf Federkraft stellt D = 20 N/m und s = 4 m ein: Das Dreieck liefert 160 J, das Rechteck mit derselben Endkraft genau das Doppelte.

Drei Punkte, an denen Aufgaben zur Arbeit meistens scheitern.