Arbeit, Energie und Leistung berechnen

Was ist Arbeit in der Physik?

Arbeit wird verrichtet, wenn eine Kraft einen Körper verschiebt. Sie ist die Kraftkomponente in Bewegungsrichtung mal Weg: W = F × d × cos θ. Die Einheit ist Joule (J). Ein Joule ist die Arbeit einer Kraft von 1 Newton bei einer Verschiebung um 1 Meter.

Der Winkel ist entscheidend. Wirkt die Kraft in Bewegungsrichtung (θ = 0), zählt ihr voller Betrag. Wirkt sie senkrecht zur Bewegung (θ = 90°), ist die Arbeit null. Beim Tragen einer Tasche auf waagerechtem Weg verrichtet die nach oben wirkende Armkraft im physikalischen Sinn keine Arbeit.

Was ist Leistung?

Leistung beschreibt, wie schnell Arbeit verrichtet wird: P = W / t. Die Einheit ist Watt (W). 1 Watt entspricht 1 Joule pro Sekunde. Bei konstanter Geschwindigkeit gilt auch P = F × v.

Energie

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, und hat dieselbe Einheit. Leistung mal Zeit ergibt die verbrauchte Energie: W = P × t. Die Kilowattstunde auf der Stromrechnung ist dieses Produkt: 1 kWh = 3,6 Millionen Joule.

Beispiel

Eine Kraft von 200 N verschiebt eine Kiste um 5 Meter und verrichtet 200 × 5 = 1000 J Arbeit. Dauert dies 4 Sekunden, beträgt die Leistung 1000 / 4 = 250 W.

Grenzen

Die Rechnung gilt für konstante Kräfte. Bei wegabhängigen Kräften, etwa einer Federkraft, ist die Formel nicht unmittelbar anwendbar. Für kinetische und potentielle Energie gibt es eigene Rechner.

Häufige Fragen

Wie berechnet man Leistung?

Werden in diesem Beispiel 1200 J Arbeit in 20 Sekunden verrichtet, beträgt die mittlere Leistung 60 W. Teilen Sie Arbeit durch Zeit. Das Ergebnis ist ein Mittelwert über das Zeitintervall und beschreibt keine momentanen Änderungen. Bei verlustbehafteten Maschinen wird zur Bestimmung der Aufnahmeleistung zusätzlich der Wirkungsgrad benötigt.

Mit diesen Werten berechnen