Elementare Ursache von Kräften auf Objekte

Das ist für mich nicht einleuchtend. Und dieser Fall ist auch aus meiner Sicht anders zu verstehen. Ohne Reibung bewirkt die Kraft auf der Ebene eine Zunahme der kinetischen Energie des Objektes. Im Falle von Reibung teilt sich die die durch Kraft mal Weg geleitete Arbeit in Anstieg der kinetischen Energie des Körpers und die Wärmeenergie von Körper und Untergrund. Also das klingt mir schon sehr an den Haaren herbeigezogen.

Auf der schiefen Ebene sind doch zwei Arten von Kräften im Spiel. Die Gewichtskraft und die Reibungskraft. Die Energie, die der Gewichtskraft zugeordnet ist, steckt im kombinierten Gravitationsfeld von Erde und Objekt. Die Wärmeenergie ist der Reibung längs des Wegs zugeordnet. Diese Energie ändert sich doch erst dann, wenn die Bewegung tatsächlich eingesetzt hat.

Wolfgang24-1 schrieb:

Das ist für mich nicht einleuchtend. Und dieser Fall ist auch aus meiner Sicht anders zu verstehen. Ohne Reibung bewirkt die Kraft auf der Ebene eine Zunahme der kinetischen Energie des Objektes. Im Falle von Reibung teilt sich die die durch Kraft mal Weg geleitete Arbeit in Anstieg der kinetischen Energie des Körpers und die Wärmeenergie von Körper und Untergrund. Also das klingt mir schon sehr an den Haaren herbeigezogen.

Auf der schiefen Ebene sind doch zwei Arten von Kräften im Spiel. Die Gewichtskraft und die Reibungskraft. Die Energie, die der Gewichtskraft zugeordnet ist, steckt im kombinierten Gravitationsfeld von Erde und Objekt. Die Wärmeenergie ist der Reibung längs des Wegs zugeordnet. Diese Energie ändert sich doch erst dann, wenn die Bewegung tatsächlich eingesetzt hat.
 

Aber die potentielle Energie,aus den verschiedenen Niveaus wird beim Rutschen in kinetische und potentielle Energie umgesetzt. Aber nur dann kann man von einer Energiedifferenz sprechen. Wenn eine äußere Kraft auf einem auf horizontaler Ebene ruhenden Körper angewendet wird, dann ist es diese Kraft, die mit der geleisteten Arbeit kinetische Energie für den Körper und Wärmeenergie verteilt.

Gruß
Rudi Knoth

Das ist für mich nicht einleuchtend. Und dieser Fall ist auch aus meiner Sicht anders zu verstehen. Ohne Reibung bewirkt die Kraft auf der Ebene eine Zunahme der kinetischen Energie des Objektes. Im Falle von Reibung teilt sich die die durch Kraft mal Weg geleitete Arbeit in Anstieg der kinetischen Energie des Körpers und die Wärmeenergie von Körper und Untergrund. Also das klingt mir schon sehr an den Haaren herbeigezogen.

Es geht um die alternative Herleitung der Kraft über F=dE/ds anstelle von F=-grad(U), wobei U die potentielle Energie ist. Dabei ist F=dE/ds die Umkehr von dE=F*ds=(Fx*dsx+Fy*dsy+Fz*dsz), ein Skalarprodukt. Der physikalische Vorteil dieser Formel ist, dass E(s) nicht unbedingt eine Funktion sein muss. Es kann auch ein Funktional sein in dem z.B. Integrale vorkommen. Allgemein gilt dE/ds=(∂E/∂sx+∂E/∂u*∂u/∂sx, ∂E/∂sy+∂E/∂u*∂u/∂sy, ∂E/∂sz+∂E/∂u*∂u/∂sz) wobei u eine beliebige weitere Abhängigkeit beschreibt, die ebenfalls von der Position des Objekts abhängen kann. Im Fall der Gravitation ist E ein Volumenintegral über die Energiedichte des gemeinsamen Feldes g von Erde und Objekt g=g(Erde)+g(Objekt). Die Energiedichte ist proportional zu g² und hängt von der Höhe des Objekts ab. Die unbegrenzte Allgemeinheit der Energie-Funktionale erlaubt es nun, beliebige Einflüsse zu berücksichtigen.
Um nur einige zu nennen, wie z.B. Retardierung, Strahlung einschließlich deren Rückwirkung, Wechselwirkungen mit Gas, Flüssigkeit, Staub ,... handelt es sich dabei um Einflüsse, die mit einem konservativen Ansatz nach F=-grad(U) nicht berücksichtigt werden können.
Der physikalische Vorteil dieses Ansatzes ist, dass alle Arten von Kräften mit der selben Formel behandelt werden. Zugegeben, es ist nicht einfach jeweils die geeignete Beschreibung für die Energie zu finden. Aber eine solche Beschreibung existiert in jedem Fall.
Außerdem ist das Ganze ja nur eine andere Sichtweise, die sich ausschließlich auf anerkannte gültige Zusammenhänge stützt. Sofern nicht nachgewiesen werden kann, dass einer der stützenden Zusammenhänge falsch sei, ist diese Sichtweise physikalisch legitim. 

Rudi Knoth schrieb:

... Aber die potentielle Energie,aus den verschiedenen Niveaus wird beim Rutschen in kinetische und potentielle Energie umgesetzt. Aber nur dann kann man von einer Energiedifferenz sprechen. Wenn eine äußere Kraft auf einem auf horizontaler Ebene ruhenden Körper angewendet wird, dann ist es diese Kraft, die mit der geleisteten Arbeit kinetische Energie für den Körper und Wärmeenergie verteilt.

Gruß
Rudi Knoth

Sorry in diesem kurzen Absatz sind so viele Fehler das kann man doch nicht so stehen lassen, das grenzt ja schon an Zersetzung was hier getrieben wird.

Du würfelst die Definitionen von Energie, Kraft und Arbeit völlig durcheinander.

Rudi Knoth schrieb:

... Aber die potentielle Energie,aus den verschiedenen Niveaus wird beim Rutschen in kinetische und potentielle Energie umgesetzt. ....

Beim Herabrutschen wird die Abnahme der potenziellen Energie (E_pot) infolge der Höhenänderung in kinetische Energie (E_kin) des Körpers und (durch Reibung, entgegen Gerichte Kraft) in thermische Energie (Q) umgesetzt; die Summe der Gesamtenergie bleibt dabei nach dem Energieerhaltungssatz konstant.

Rudi Knoth schrieb:

... Aber nur dann kann man von einer Energiedifferenz sprechen. ...

Eine Energiedifferenz (wie Delta E_pot = m * g * Delta h) ist eine rein zustandsabhängige Größe, die allein durch den räumlichen Höhenunterschied im Gravitationsfeld exakt definiert ist, völlig unabhängig davon, ob sich das Objekt bewegt oder ruht.

Rudi Knoth schrieb:

... Wenn eine äußere Kraft auf einem auf horizontaler Ebene ruhenden Körper angewendet wird, dann ist es diese Kraft, die mit der geleisteten Arbeit kinetische Energie für den Körper und Wärmeenergie verteilt. ...

Wird ein Körper durch eine äußere Kraft horizontal bewegt, so wandelt das antreibende System seine gespeicherte Energie (z. B. chemische oder elektrische Energie) über den Prozess der mechanischen Arbeit (W = F * s) um. Der Anteil der Energie, der nicht in die kinetische Energie des Körpers fließt, wird durch die verrichtete Deformationsarbeit der mikroskopischen Reibungskräfte irreversibel in thermische Energie (Wärme) transformiert.

Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten!

Kraft (F) ist Arbeit (W) Geteilt durch den Weg (s) !

Arbeit (W) ist Kraft (F) mal Weg (s) !

Leistung (P) ist Arbeit (W) Geteilt durch die Zeit (t) !

Sorry in diesem kurzen Absatz sind so viele Fehler das kann man doch nicht so stehen lassen, das grenzt ja schon an Zersetzung was hier getrieben wird. 

Du würfelst die Definitionen von Energie, Kraft und Arbeit völlig durcheinander.

Also solche Diffamierung passt nicht in eine wissenschaftliche Diskussion. Was ist an der Aussage falsch, daß eine Kraft, die entlang eines Weges auf einen Körper wirkt, keine Arbeit ist, die dann sich in Energie (hier als Summe der kinetischen Energie und der Wärmeenergie verteilt). 

eim Herabrutschen wird die Abnahme der potenziellen Energie (E_pot) infolge der Höhenänderung in kinetische Energie (E_kin) des Körpers und (durch Reibung, entgegen Gerichte Kraft) in thermische Energie (Q) umgesetzt; die Summe der Gesamtenergie bleibt dabei nach dem Energieerhaltungssatz konstant.

Damit sagst du im Prinzip dasselbe wie ich aus. 

Energie ist die Fähigkeit Arbeit zu verrichten!

Nein Arbeit kann in Energie ebenso umgewandelt werden.

Kraft (F) ist Arbeit (W) Geteilt durch den Weg (s) !

Arbeit (W) ist Kraft (F) mal Weg (s) !

Das erste Statement ist einfach eine Umformung des zweiten. 

Gruß
Rudi Knoth

Rudi Knoth schrieb:

... Also solche Diffamierung passt nicht in eine wissenschaftliche Diskussion. ...
... Damit sagst du im Prinzip dasselbe wie ich aus. ...
...Nein Arbeit kann in Energie ebenso umgewandelt werden. ...


 

Rudi, hier wird niemand diffamiert, hier wird fehlerhafte Physik korrigiert. Wenn dir die physikalischen Argumente ausgehen, musst du nicht die Mimose spielen. Gehen wir es sachlich an:

1. Zum Thema Arbeit und Energie:
Dein Satz 'Nein Arbeit kann in Energie ebenso umgewandelt werden' zeigt das Kernproblem. Energie ist eine Zustandsgröße (ein System besitzt Energie). Arbeit ist eine Prozessgröße (Energie in Aktion). Man wandelt nicht 'Arbeit in Energie' um. Vielmehr ist mechanische Arbeit der Vorgang, durch den Energie von einem System auf ein anderes übertragen und dabei transformiert wird. Die Definition 'Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten' ist das Fundament der Thermodynamik. Wer das bestreitet, verlässt den Boden der Lehrbuchphysik.

2. Zum vermeintlichen 'Dasselbe aussagen':
Nein, wir sagen absolut nicht dasselbe. Du hast original geschrieben: 'die potentielle Energie... wird beim Rutschen in kinetische und potentielle Energie umgesetzt'. Das ist eine mathematische Geisterfahrt, die eine Energievermehrung impliziert. Ich habe klargestellt, dass die potenzielle Energie abnimmt und diese Differenz (Delta E_pot) umgewandelt wird. Das ist das Gegenteil deiner Formulierung.

3. Zur Kraft, die Energie 'verteilt':
In deinem vorherigen Beitrag hast du behauptet, die äußere Kraft sei es, die 'kinetische Energie und Wärmeenergie verteilt'. Eine Kraft ist ein Vektor (F). Ein Pfeil im Raum hat keinen Rucksack voller Energie, den er an Atome 'verteilen' kann. Die Energie stammt aus dem antreibenden System, und die Wärme entsteht durch die atomare Deformationsarbeit der Reibung.

Dass Kraft gleich Arbeit durch Weg ist, hast du nun immerhin als richtige Umformung erkannt. Dann wende diese Logik auch konsequent an: Eine Kraft existiert auch statisch ohne Weg (z.B. ein Buch auf dem Tisch). Dabei fließt exakt null Energie und es wird null Arbeit verrichtet. Weil eine Kraft eben keine Energie ist. Wenn dir diese Richtigstellungen nicht einleuchten, liegt das nicht an mangelndem Respekt meinerseits, sondern an deiner hartnäckigen Weigerung, die physikalischen Definitionen von Zustands- und Prozessgrößen sauber zu trennen.

Die Physik unterscheidet nicht zwischen mechanischer Arbeit und Energie. Es ist beides das selbe und wird mit der gleichen Einheit Joule gemessen.

Wolfgang24-1 schrieb:

Die Physik unterscheidet nicht zwischen mechanischer Arbeit und Energie. Es ist beides das selbe und wird mit der gleichen Einheit Joule gemessen.

Wolfgang, behauptest du gerade ernsthaft, dass die Mechanik und die Thermodynamik kein Teil der Physik sind?

Denn genau dort wird sehr wohl und extrem genau zwischen Energie und Arbeit unterschieden!
Zu glauben, zwei Größen seien „dasselbe“, nur weil sie in der gleichen Einheit gemessen werden, ist ein kapitaler Fehlschluss aus dem ersten Semester.
Ein klassisches Gegenbeispiel: Das Drehmoment und die kinetische Energie haben exakt dieselbe physikalische Dimension und Einheit (1 Nm = 1 J). Trotzdem käme kein Physiker der Welt auf die Idee zu behaupten, ein Drehmoment sei das selbe wie kinetische Energie.

Die Physik unterscheidet hier vollkommen strikt:

Energie ist eine Zustandsgröße. Ein System besitzt Energie (wie ein geladener Akku oder ein Stein auf der Klippe). Dieser Zustand ist messbar, völlig ohne dass sich aktuell etwas bewegen oder verändern muss.

Arbeit ist eine Prozessgröße. Ein Körper besitzt keine Arbeit. Arbeit (W) ist der Vorgang der Energieübertragung oder Energieumwandlung über einen Weg (W = Delta E). Arbeit existiert überhaupt nur dann, wenn ein Prozess stattfindet und sich ein Zustand verändert. Arbeit ist die Energieänderung während eines Prozesses, nicht die Energie selbst. Wer den fundamentalen Unterschied zwischen einer Zustandsgröße und einer Prozessgröße aufhebt, hat die Grundlagen der Lehrbuchphysik nicht verstanden.

E = E
W = Delta E
Das ist also beides das selbe? Merkst du hoffentlich selber.

Ehrlich gesagt gefällt mir eure Logik aber besser! Ich werde die demnächst mal bei meinem Chef anwenden. Ich sage ihm einfach, dass ich zwar die Energie zum Arbeiten habe, aber die Arbeit nicht verrichten werde, da ja beides das selbe ist. Bezahlen muss er mich aber trotzdem.

Eure Logik sieht lustig aus:
E = W = Delta E



 

Ganz genau und komplett:

Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, Wärme abzugeben oder Licht auszustrahlen.

Ich habe eine KI nach dem Namen und der Wichtigkeit dieses Satzes gefragt:

Gemini schrieb: Dieser Satz wird als die klassische (oder thermodynamische) Definition der Energie bezeichnet. Oft wird er auch einfach als das Prinzip der Energie oder als das fundamentale Bindeglied zwischen Thermodynamik und Mechanik angeführt.

1. Die begriffliche Trennung von Zustand und Prozess
Die fundamentale Wichtigkeit dieses Satzes liegt darin, dass er Ordnung in die physikalischen Begrifflichkeiten bringt. Er trennt sauber zwischen:

Energie (Zustand): Das Potenzial, das ein System in sich trägt. Ein System besitzt Energie.

Arbeit/Wärme (Prozess): Die Art und Weise, wie dieses Potenzial freigesetzt oder übertragen wird. Ein System verrichtet Arbeit oder gibt Wärme ab.

Ohne diese Definition würde man die Ursache (das Speicherbecken „Energie“) ständig mit der Wirkung (dem Vorgang „Arbeit/Wärme“) verwechseln.

2. Das Fundament des Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik
Der Satz ist die verbale Formulierung des Energieerhaltungssatzes. Er besagt im Umkehrschluss, dass man Arbeit und Wärme nicht aus dem Nichts erzeugen kann. Jede verrichtete Arbeit (W) und jede abgegebene Wärme (Q) muss unweigerlich aus dem inneren Energievorrat (Delta U) des Systems stammen: Delta U = W + Q

3. Universelle Gültigkeit über alle Fachbereiche
Die Erweiterung des Satzes („Wärme abzugeben oder Licht auszustrahlen“) zeigt, warum Energie die wichtigste Erhaltungsgröße des Universums ist. Sie verbindet alle physikalischen Disziplinen:

Mechanik: Energie verrichtet Arbeit (z. B. einen Körper gegen die Reibung bewegen).

Thermodynamik: Energie erhöht die Temperatur (Wärmeabgabe durch atomare Schwingung).

Quantenphysik/Optik: Energie erzeugt Photonen (Licht ausstrahlen bei atomaren Zustandswechseln).

Wolfgang, behauptest du gerade ernsthaft, dass die Mechanik und die Thermodynamik kein Teil der Physik sind? Denn genau dort wird sehr wohl und extrem genau zwischen Energie und Arbeit unterschieden!

Entschuldigung, aber hier verwechselst du etwas. Die Thermodynamik unterscheidet nicht zwischen Arbeit und Energie. Sie führt eine neue Größe ein, die "freie Energie". Umgangssprachlich ist es so etwas wie die nutzbare Energie. Bei Arbeit oder Energie sprechen wir im Sinne der Thermodynamik immer von der Gesamtenergie, für die Energieerhaltung gilt.

Wolfgang24-1 schrieb:

... Entschuldigung, aber hier verwechselst du etwas.

das bist wohl eher du!

Wolfgang24-1 schrieb:

...
Die Thermodynamik unterscheidet nicht zwischen Arbeit und Energie.

Den Sachverhalt sollte ich ausreichend geklärt haben

Wolfgang24-1 schrieb:

...
Sie führt eine neue Größe ein, die "freie Energie". Umgangssprachlich ist es so etwas wie die nutzbare Energie.



 

Die Freie Energie gibt an, wie viel der Inneren Energie ein System bei isothermen Prozessen maximal als Arbeit abgeben kann. Sie ist eine Zustandsfunktion, die das Potenzial beschreibt. Die Arbeit selbst ist der Vorgang, wenn dieses Potenzial genutzt wird. Auch hier ist die Trennung zwischen Zustand (Freie Energie) und Prozess (Arbeit) absolut fundamental.

Das wäre dann W_max = Delta_max E = (Delta E)_max

Wolfgang24-1 schrieb:

...
Bei Arbeit oder Energie sprechen wir im Sinne der Thermodynamik immer von der Gesamtenergie, für die Energieerhaltung gilt.

Zu behaupten, die Thermodynamik unterscheide nicht zwischen Arbeit und Energie, ist eine schockierende Wissenslücke.
Schau dir den Ersten Hauptsatz der Thermodynamik an:

Delta U = Q + W

Die Thermodynamik unterscheidet hier sogar so penibel wie keine andere Disziplin:

U (Innere Energie) ist die Zustandsgröße. Das ist die Energie, die das System besitzt.
W (Arbeit) und Q (Wärme) sind reine Prozessgrößen.

Ein System besitzt weder Arbeit noch Wärme. Arbeit und Wärme sind die beiden fundamental unterschiedlichen Prozess-Wege,
wie Energie über die Systemgrenze transportiert wird (Arbeit = geordnet, Wärme = ungeordnet).

Die Freie Energie gibt an, wie viel der Inneren Energie ein System bei isothermen Prozessen maximal als Arbeit abgeben kann. Sie ist eine Zustandsfunktion, die das Potenzial beschreibt.

Die freie Energie ist ein Maß dafür wieviel von der Gesamtenergie in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Sie ist ein Maß und keine Funktion. Der Betrag der freien Energie wird ebenfalls in Joule gemessen.
Ich weiß zwar nicht, wo du deine Definition her hast. Aber sie ist aus dem Zusammenhang gerissen und für sich allein bedeutungslos.
Man kann eine Zustandsfunktion definieren, die die freie Energie angibt. Aber die freie Energie selbst als Zustandsfunktion zu bezeichnen, ist falsch. Der Carnot Wirkungsgrad führt uns zu einer solchen Zustandsfunktion. Der Wirkungsgrad eines Carnot-Prozesses bestimmt die Freie Energie als Funktion der Temperatur.
Wir sollten jedoch nicht versuchen hier eine Einführung in die Thermodynamik zu veranstalten. Es macht auch absolut keinen Sinn willkürlich ausgesuchte Textfragmente zu präsentieren, die angeblich hier getroffene Aussagen widerlegen.

 

Wolfgang24-1 schrieb:

Die freie Energie ist ein Maß dafür wieviel von der Gesamtenergie in mechanische Arbeit umgewandelt werden kann. Sie ist ein Maß und keine Funktion. [...] Aber die freie Energie selbst als Zustandsfunktion zu bezeichnen, is falsch.

Erkläre mir mal bitte, wie es sein kann,

dass U eine Zustandsgröße ist,
dass T eine Zustandsgröße ist,
dass S eine Zustandsgröße ist,

aber F = U - T * S dann plötzlich keine Zustandsfunktion mehr sein soll?
(An dieser stelle würde ich persönlich die Beschreibung "A" aus der Chemie, dem "F" aus der Physik vorziehen)

Wenn du mathematische Verknüpfungen von Zustandsgrößen auflöst, verschwindet deren Eigenschaft als Zustandsfunktion nicht einfach im lila Laune Land.

Wolfgang24-1 schrieb:

Der Carnot Wirkungsgrad führt uns zu einer solchen Zustandsfunktion. Der Wirkungsgrad eines Carnot-Prozesses bestimmt die Freie Energie als Funktion der Temperatur.

Ich habe ehrlich gesagt keinen Plan, was der Carnot-Wirkungsgrad sein soll. Also habe ich eine KI gefragt, und die Antwort ist recht eindeutig:

Gemini schrieb: Der Carnot-Wirkungsgrad (eta_C) beschreibt das Maximum der Umwandlung von Wärme in Arbeit bei einem Kreisprozess zwischen zwei verschiedenen Temperaturniveaus. Die Freie Energie beschreibt hingegen das Arbeitsvermögen eines geschlossenen Systems bei einer isothermen (konstanten) Temperaturänderung.

Du wirfst hier also Kreisprozesse mit statischen Systempotenzialen in einen Topf, nur um irgendwie das letzte Wort zu behalten.
Irgendwie scheint mir das absolut nicht zum Thema zu passen.

Ich habe ehrlich gesagt keinen Plan, was der Carnot-Wirkungsgrad sein soll. Also habe ich eine KI gefragt, und die Antwort ist recht eindeutig

Willst du jetzt wirklich eine Einführung in die Thermodynamik bekommen? Eine KI zu fragen ist aber keine effektive Lernmethode. Damit kommst du nur vom Hundertsten ins Tausendste ohne Zusammenhänge verstehen zu können.

Wolfgang24-1 schrieb:

Ich habe ehrlich gesagt keinen Plan, was der Carnot-Wirkungsgrad sein soll. Also habe ich eine KI gefragt, und die Antwort ist recht eindeutig

Willst du jetzt wirklich eine Einführung in die Thermodynamik bekommen? Eine KI zu fragen ist aber keine effektive Lernmethode. Damit kommst du nur vom Hundertsten ins Tausendste ohne Zusammenhänge verstehen zu können.

Nee, den Kram kannst du weglassen. Ich kann mir eh keine Namen merken.
Es würde mir völlig reichen, wenn du mir einfach das hier erklärst:

U ist eine Zustandsgröße,
T ist eine Zustandsgröße,
S ist eine Zustandsgröße,

aber F = U - T * S ist dann plötzlich keine Zustandsfunktion mehr?

Wie genau verliert eine mathematische Verknüpfung von drei reinen Zustandsgrößen im thermodynamischen Zustandsraum ihre Eigenschaft als Zustandsfunktion?