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Kraft, Energie, Impuls

  1. Einflüsse, die dazu führen könnten die Geschwindigkeit eines Objekts zu ändern bezeichnen wir als Kräfte. Eine Kraft ($\vec F$) ist die Fähigkeit die Geschwindigkeit eines Objekts zu ändern.
  2. Wenn eine Kraft $F$ ein Objekt um die Strecke $s$ verschiebt, dann sagen wir: „die Kraft $F$ hat an dem Objekt die Arbeit $W$ verrichtet“. W steht für „Work“ (das englische Wort für Arbeit). Natürlich ist die verrichtete Arbeit mehr, je größer die wirkende Kraft ist oder je größer die Verschiebungsstrecke $s$ ist. Deshalb definieren wir die physikalische Arbeit $$\boxed{W=F \cdot s}$$
  3. Die Arbeit kann also gespeichert und wieder freigesetzt werden. In der Physik wird die gespeicherte Arbeit als Energie bezeichnet. Energie und Arbeit sind verschiedene Formen der selben Größe. Wenn ein Objekt durch eine Kraft verschoben wird, dann sprechen wir von der Arbeit, die an das Objekt verrichtet wird. Nachdem das Verschieben vorbei ist, geht die Arbeit nicht verloren. Die verrichtete Arbeit ist jetzt im Objekt gespeichert. In diesem Fall sprechen wir dann von der gespeicherten Energie.
  4. Wenn eine Kraft F ein Objekt um die Strecke s verschiebt, dann wird die Arbeit $W=F \cdot s$ verrichtet. Die Arbeit ist somit die Wirkung einer Kraft F im Raum (Strecke s).
  5. Was ist mit der Wirkung einer Kraft in der Zeit?
    Wenn eine Kraft F ein Objekt für die Dauer t verschiebt, dann wird der Impuls p auf das Objekt übertragen. Für den Impuls können wir (wie für die Arbeit) schreiben $$\boxed{p=F \cdot t}$$
  6. Nochmal zur Verdeutlichung:
    Wirkung einer Kraft im Raum $$ Arbeit (Energie) = Kraft \times Strecke$$ Wirkung einer Kraft in der Zeit $$Impuls = Kraft \times Zeit$$
  7. Die folgende Tabelle liefert eine Übersicht der relevanten Wechselbeziehungen:
    Größe Energie Impuls
    Kraftwirkung im Raum
    $E = \vec F \cdot \vec s$
    in der Zeit
    $\vec p = \vec F \cdot t$
    Bewegung $E = \frac 1 2 m v^2$ $\vec p = m \vec v$
    Umformung $E = \frac {p^2} {2 m}$ $p = \sqrt{2mE}$
    Grund Zeitinvarianz Rauminvarianz

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Was ist Raum?

  1. Der Raum ist ein Bereich in dem die Physik stattfindet.
  2. Der Raum kann Teilchen und Kräfte beherbergen.
  3. Der größte bisher nachgewiesene Raum ist das gesamte Universum.
  4. Teilchen und Objekte können im Raum durch Angabe ihrer Position gefunden (lokalisiert) werden.
  5. Die Physikalische Größe mit der man den Raum misst heißt Strecke S bzw. Länge L und hat die Einheit Meter [m].
  6. Der Raum ist zusammen mit der Zeit während des Urknalls vor ca. 13,81 Milliarden Jahren entstanden.

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