Diskussion:Arbeit (Physik)

Diese Diskussionsseite dient dazu, Verbesserungen am Artikel „Arbeit (Physik)“ zu besprechen.

Persönliche Betrachtungen zum Thema gehören nicht hierher. Für allgemeine Wissensfragen gibt es die Auskunft.

Füge neue Diskussionsthemen unten an:

Klicke auf Abschnitt hinzufügen, um ein neues Diskussionsthema zu beginnen, und unterschreibe deinen Beitrag bitte mit Signatur und Zeitstempel oder --~~~~.
Zum Archiv
Wie wird ein Archiv angelegt?

Arbeit in der Thermodynamik die Energiemenge, die von einem System auf ein anderes übertragen wird, sofern es sich dabei nicht um Wärme handelt.

Gibt es tatsächlich eine Thermodynamik bzw. Wärmelehre, in der Wärme nicht vorkommt?
--Idohl (Diskussion) 11:22, 1. Mai 2021 (CEST)


Das ist m.E. falsch. Arbeit wird m.E. immer verrichtet, wenn Energie übertragen wird. Mag sein, dass die Enerie irgendwo hingeht, wo sie nicht mehr nutzbar ist, aber irgendwo ist sie dann halt hinübertragen worden, das besagt der Energieerhaltungssatz -oder? TiHa (Diskussion) 12:21, 1. Mai 2021 (CEST)

Unsinn. Stelle mal einen Topf Wasser auf eine heiße Herdplatte. Ohne Zweifel wird die Energie übertragen, ohne dass Arbeit verrichtet wird. --Pyrrhocorax (Diskussion) 16:49, 1. Mai 2021 (CEST)
Ist das wirklich so, dass Temperaturerhöhung mit verursachendem "Energieverbrauch" (Spannung U x Strom I in der Herdplatte) keine Arbeit ist?
Zum Anfang: Meint Bleckneuhaus eine teiweise Analogie bezüglich Arbeit bei Thermodynamik und Mechanik (ein Gas wird unter Druck (analog Kraft) gesetzt und ändert sein Volumen (analog Wegänderung))? Nur: komisch kommt mir dabei vor, von Thermodynamik/Wärmelehre zu sprechen, wo doch die Wärme ausdrücklich ausgeschlossen bleibt.
--Idohl (Diskussion) 12:09, 3. Mai 2021 (CEST)
Ich habe nicht darüber gesprochen, dass keine Arbeit für die Erzeugung der Hitze notwendig ist. Wenn das auf elektrischem Wege geschieht, kann man hier auch von Arbeit sprechen. Nichtsdestotrotz wird Energie von der heißen Herdplatte auf den Topf übertragen, ohne dass Arbeit verrichtet wird. Oder wo ist denn die verallgemeinerte Kraft, die auf das Wasser im Topf ausgeübt wird und auf welchem verallgemeinerten Weg bewegt es sich? ---Pyrrhocorax (Diskussion) 12:37, 3. Mai 2021 (CEST)
Ja, also: Die Temperaturerhöhung (auch die der Herdplatte) hat mit Arbeit nichts zu tun.
Bleibt noch mein komisches Gefühl dabei, dass von Wärmelehre auch dann gesprochen wird, wenn die Wärme ausdrücklich ausgeschlossen bleibt. Ich stelle mir vor, dass das jeden Schüler irritieren muß.
--Idohl (Diskussion) 12:34, 4. Mai 2021 (CEST)
Spätere Antwort: Der Name "Thermodynamischer Zugang" o.ä. soll ja mE nicht mehr angewendet werden, aber um "Thermodynamik" kommt man nicht herum, wenn wir mit dem allgemeinen Energieerhaltungssatz zu tun haben. --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:21, 4. Mai 2021 (CEST)
Was ist Dein Punkt? (... und was hat der mit dem Artikel zu tun?) Die Energiezufuhr geschieht in Form von elektrischer Arbeit. Die Arbeit wird im Heizdraht dissipiert. Dadurch entsteht Wärme, die an den Topf abgegeben wird. Wo ist das Problem? Nicht in jedem Satz der Wärmelehre kommt das Wort "Wärme" drin vor. Die Bewegungslehre gilt auch für Körper, die sich nicht bewegen.--Pyrrhocorax (Diskussion) 14:36, 4. Mai 2021 (CEST)
Eine Temperaturerhöhung bedeutet, dass sich die kinetische Energie von Teilchen ändert, sie bewegen sich schneller und dazu muss Arbeit verrichet werden. Auch bedeutet Dissipation nicht wirklich, das keine Arbeit verrichtet wird. Es handelt sich ja hier um den physikalischen Begriff der Arbeit, nicht um die Arbeit einer Dampfmaschine oder so, wo ein Teil der umgesetzen Energie unnutzbar als Entropie endet. Dass da keine Arbeit verrichtet werde, ist wohl nur Maschinenbau-Jargon. TiHa (Diskussion) 15:24, 4. Mai 2021 (CEST)
Bitte lies in Wärme nach. Und Energie und Entropie sind verschiedene Größen. Du meinst eher so etwas wie Exergie und Anergie. Ich erkenne auch nicht, wo hier ein Ansatzpunkt für eine Artikelverbesserung ist. Kein Einstein (Diskussion) 15:36, 4. Mai 2021 (CEST)
Erst mal zur Temperatur: Wenn ich ein glühendes Stück Eisen in ein Glas mit kaltem Wasser schmeiße, werden die Wassermoleküle in Bewegeung gesetzt, also beschleunigt, einige springen evtl. als Dampf aus dem Glas. Für diese Beschleunigung muss Arbeit verrichtet werden. Welchem System ein Molekül dabei angehört, spielt für den Begriff der physikalischen Arbeit keine Rolle. Das gilt auch für die Moleküle des Topfes, die von den Molekülen der Heizplatte zum Schwingen angeregt werden, sprich deren Bewegungszustand sich ändert. Wenn Energie übertragen wird, wird immer Arbeit verrichtet. Das sich die Summe der Arbeit dabei evtl zu Null rausmittelt, sagt genau so wenig über die getane Arbeit, wie ein Unentschieden im Fußball über über die Dynamik des Spiels und die Anzahl der Tore. TiHa (Diskussion) 16:29, 4. Mai 2021 (CEST)

@TiHa: Könntest Du davon lassen, von Arbeit als etwas Gegebenem zu sprechen, dessen Größe von keiner weiteren Verabredung abhängt? Hier kommt es auf die Verabredung an, welches System wir betrachten, tatsächlich. Ist das System ein einzelnes Molekül, dann leisten in der Tat alle auf es wirkenden Kräfte Arbeit. "Wenn Energie übertragen wird, wird immer Arbeit verrichtet." ist deswegen wohl sogar richtig, aber hier nicht hilfreich. Und es ist bei hinreichend genauem Lesen in der Formulierung der Einleitung sogar schon enthalten: denn da man "Wärme" nicht auf 1 Molekül übertragen kann , ist jeder solche Energieübertrag Arbeit. --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:04, 4. Mai 2021 (CEST)

nachtrag: Ich sehe gerade, das wollte ich auch Pyrrhocorax sagen. Sätze wie "beim freien Fall wird keine Arbeit geleistet" sollte man nicht lernen, denn es kommt - haha - aufs System um den fallenden Körper an: Schwerkraft muss dazu gehören, aber ob die potenzielle Energie mit zur Energie des Körpers eingerechnet wird oder nicht, ist freie Wahl. (So bei Rainer Müller, Kap. 7.7). --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:15, 4. Mai 2021 (CEST)

Weitermachen!

In der Diskussion um A vs. E sind interessante Punkte aufgetaucht, die zu gegensätzlichen Antworten geführt haben und m.E. hier explizit angesprochen werden sollten. Dafür sind auch die beiden ersten Absätze mal zu überarbeiten. Ich denke an sowas wie:

"In der Anwendung können sich die beiden Zugangsweisen zum Arbeitsbegriff deutlich unterscheiden. Beim mechanischen Begriff ist lediglich eine Kraft und ein Weg vorgegeben, beim thermodynamischen Begriff sind zusätzlich zwei Systeme und der Energiefluss zwischen ihnen zu spezifizieren, wofür auch der Energiebegriff benötigt wird. Der Unterschied wird schon an einem einfachen Beispiel deutlich: Wird ein Körper durch eine Hubkraft F mit konstanter Geschwindigkeit um die Strecke H angehoben, dann verrichtet die Hubkraft nach der mechanischen Betrachtungsweise die Arbeit W=FH. Betrachtet man - im Sinne der thermodynamischen Begriffsbildung - den Körper als eins der beiden Systeme, dann ist die Gesamtkraft auf den Körper stets Null, denn er bewegt sich unbeschleunigt. Folglich erhält man für die Arbeit am Körper den Wert W=0. Übereinstimmende Ergebnisse erhält man nur bei geeigneter Wahl des Systems bzw. der Systemgrenze, die von der übertragenen Energie überschritten werden muss. In diesem Beispiel muss das Schwerefeld mit zum System "Körper" gezählt werden. Dann zählt die Schwerkraft als eine innere Kraft des Systems, die grundsätzlich nicht zum Energieübertrag über die Systemgrenze hinweg beitragen kann.

Trotz dieser Komplikation hat sich im Schulunterricht die thermodynamische Herangehensweise etabliert. Als ihr didaktischer Vorteil gilt, dass sie nicht auf dem Kraftbegriff aufbaut, der oftmals unklar geblieben und auch aus der alltäglichen Benutzung mit falschem Vorverständnis belastet ist, sondern auf dem Energiebegriff, der als Erhaltungsgröße auch in der Physik zentrale Bedeutung hat.

Bitte, die Formulierungen sind sehr vorläufig gemeint! --Bleckneuhaus (Diskussion) 14:23, 1. Mai 2021 (CEST)

Zustimmung. Allerdings würde ich das nicht „thermodynamische Herangehensweise“ nennen, das verwirrt den Laien eher, wenn es bei ihm doch um Mechnaik geht (und ist Begriffsetablierung). Aber das ist eine Frage des Feinschliffs. Kein Einstein (Diskussion) 16:01, 1. Mai 2021 (CEST)
Arbeit kann nicht bei dem selben Vorgang nach der einen Definition Null und nach der anderen Definition FH sein - wir haben ja oben irgenwo gesagt, dass beide Definitionen zum selben Ergebnis kommen. TiHa (Diskussion) 16:14, 1. Mai 2021 (CEST)
Darin steckt ja das Problem, über das wir hier schon so lange stolpern (ich auch)! Übrigens gilt das ja auch für andere Größen. Geschwindigkeit ist zB höchst abhängegig davon, welches Bezugssystem ich wähle. --Bleckneuhaus (Diskussion) 16:55, 1. Mai 2021 (CEST)

"In der Anwendung können sich die beiden Zugangsweisen zum Arbeitsbegriff deutlich unterscheiden. Beim mechanischen Zugang ist lediglich eine Kraft und ein Weg vorzugeben, beim thermodynamischen Begriff sind zusätzlich zwei Systeme und der Energiefluss zwischen ihnen zu spezifizieren, wofür auch der Energiebegriff benötigt wird. Der Unterschied wird schon an einem einfachen Beispiel deutlich: Wird ein Körper durch eine Hubkraft mit konstanter Geschwindigkeit um die Strecke angehoben, dann verrichtet die Hubkraft nach der mechanischen Betrachtungsweise die Arbeit . Betrachtet man - im Sinne der thermodynamischen Begriffsbildung - den Körper als eins der beiden Systeme, dann ist der Energieübertrag aus der Gesamtkraft auf den Körper zu berechnen, und die ist Null, denn er bewegt sich unbeschleunigt. Folglich erhält man für die Arbeit am Körper den Wert . Übereinstimmende Ergebnisse erhält man nur bei geeigneter Wahl des Systems bzw. der Systemgrenze, die von der übertragenen Energie überschritten werden muss. In diesem Beispiel muss das Schwerefeld mit zum System "Körper" gezählt werden. Dann zählt die Schwerkraft als eine innere Kraft des Systems, die grundsätzlich nicht zum Energieübertrag über die Systemgrenze hinweg beitragen kann. Nur die äußere Kraft ist dann zu berücksichtigen.

Trotz dieser Komplikation hat sich im Schulunterricht die thermodynamische Herangehensweise etabliert. Als ihr didaktischer Vorteil gilt, dass sie nicht auf dem Kraftbegriff aufbaut, der oftmals unklar geblieben und auch aus der alltäglichen Benutzung mit falschem Vorverständnis belastet ist, sondern auf dem Energiebegriff, der als Erhaltungsgröße auch in der Physik zentrale Bedeutung hat.

Referenzen: für das Beispiel Rainer Müller Mechanik (vom Nov 2020, M. ist auch neuer Herausgeber vom Dorn/Bader, den ich aber nicht gelesen habe), für die didaktisch Bewertung Das pdf Wilhelm . Wer den Müller nicht ansehen kann, lese hier den Auszug:

Beispielaufgabe aus Abschnitt 7.8 "Feldenergie und potentielle Energie" S. 194:
Wenden Sie den Energiesatz auf den Diebstahl von Witwe Boltes Hähnchen an. Nehmen Sie an, dass das Diebesgut mit konstanter Geschwindigkeit um die Strecke l nach oben gezogen wird. Zeigen Sie, zu welchen Aussagen die beiden Möglichkeiten zur Wahl der Systemgrenzen führen.
Lösung:
a) Schließt man das Gravitationsfeld aus den Systemgrenzen aus, gibt es zwei äußere Kräfte, die über die Systemgrenzen hinweg wirken: Die Gravitationskraft und die Kraft der Angel.Weil sich das Hähnchenmit konstanter Geschwindigkeit nach oben bewegt, herrscht zu jedem Zeitpunkt Kräftegleichgewicht zwischen Gewichtskraft FG und „Angelkraft“ FA. Die von äußeren Kräften insgesamt verrichtete Arbeit ist also null: W = (FA − FG) · l = 0. (7.47)  Da die potentielle Energie nicht zu den Energieformen des Systems zählt und die kinetische Energie des Hähnchens während des gesamten Vorgangs konstant bleibt, ist die Änderung der Gesamtenergie ebenfalls null: DEges = 0. Der Energiesatz ist zwar erfüllt, liefert aber eine wenig brauchbare Aussage.
b) Bezieht man das Gravitationsfeld ins System ein, ist die Angelkraft die einzige äußere Kraft. Sie verrichtet die Arbeit W = FA · l > 0. Der Energiesatz besagt, dass dies gleich der Änderung der potentiellen Energie des Hähnchens ist: DEpot = FA · l. (7.48) Diese Gleichung lässt sich leicht interpretieren und entspricht unseren Erwartungen.

--Bleckneuhaus (Diskussion) 21:15, 1. Mai 2021 (CEST)

Hm, naja. Du unterstellst, dass in der Schule die Betrachtungsweise verwendet würde, die Du die thermodynamische nennst, und bringst implizit zum Ausdruck, dass es sich dabei um eine minderwertige Betrachtungsweise handele (Zitat: "Trotz dieser Komplikationen ..."). In der Schule wird aber die Betrachtungsweise verwendet, die in der Lösung b) von Müller dargestellt wird. Ich versuche mal Deinen Text entsprechend umzuformulieren:

"In der Anwendung können sich die beiden Zugangsweisen zum Arbeitsbegriff deutlich unterscheiden. Beim mechanischen Zugang ist lediglich eine Kraft und ein Weg vorzugeben, beim thermodynamischen Begriff sind zusätzlich zwei Systeme und der Energiefluss zwischen ihnen zu spezifizieren, wofür auch der Energiebegriff benötigt wird. Der Unterschied wird schon an einem einfachen Beispiel deutlich: Wird ein Körper durch eine Hubkraft mit konstanter Geschwindigkeit um die Strecke angehoben, dann verrichtet die Hubkraft nach der mechanischen Betrachtungsweise die Arbeit .(*) Betrachtet man - im Sinne der thermodynamischen Begriffsbildung - den Körper als eins der beiden Systeme, dann ist der Energieübertrag aus der Gesamtkraft auf den Körper zu berechnen, und die ist Null, denn er bewegt sich unbeschleunigt. Folglich erhält man für die Arbeit am Körper den Wert . Übereinstimmende Ergebnisse erhält man nur bei geeigneter Wahl des Systems bzw. der Systemgrenze, die von der übertragenen Energie überschritten werden muss. In diesem Beispiel muss das Schwerefeld mit zum System "Körper" gezählt werden. Dann zählt die Schwerkraft als eine innere Kraft des Systems, die grundsätzlich nicht zum Energieübertrag über die Systemgrenze hinweg beitragen kann. Nur die äußere Kraft ist dann zu berücksichtigen.

Trotz Wegen dieser Komplikation hat sich im Schulunterricht die thermodynamische eine Herangehensweise etabliert, bei der nur dann von Arbeit gesprochen wird, wenn sie durch äußere Kräfte verrichtet wird und folglich die Gesamtenergie des Systems verändert. Als ihr didaktischer Vorteil gilt, dass sie nicht auf dem Kraftbegriff aufbaut, der oftmals unklar geblieben und auch aus der alltäglichen Benutzung mit falschem Vorverständnis belastet ist, sondern auf dem Energiebegriff, der als Erhaltungsgröße auch in der Physik zentrale Bedeutung hat.

Zu (*): Mit der gleichen Berechtigung könnte man die Gewichtskraft zur Berechnung der Arbeit verwenden und käme dann zu dem Ergenis . Ebenso könnte man die resultierende Kraft verwenden und erhielte . Alle drei Ergebnisse sind richtig und liefern die Antwort zu verschiedenen Fragestellungen: 1) Wie viel Arbeit muss man dem Gockel hinzufügen, um ihn zu heben? 2) Wie viel Arbeit entzieht der Gockel aus den Muskeln von Max und Moritz? 3) Wie ändert sich die Gesamtenergie des Systems? Die Betrachtungsweise, die Bleckneuhaus als "mechanisch" bezeichnet, ist flexibel, weil sie auf alle Fragen eine Antwort weiß. Sie ist aber für einen unbedarften Schüler schwierig, weil sie keine einheitliche, objektive und universelle Aussage dazu macht, was Arbeit ist und wie groß sie ist. Das überlässt sie jeweils ihrem Anwender. --Pyrrhocorax (Diskussion) 10:46, 2. Mai 2021 (CEST)

Du hast völlig recht: ich habe gegen den "Schulweg" erhebliche Vorbehalte. (NB: Ist der nur "unterstellt"? Ich habe Deine und KE's Argumente, die mir bekanntlich befremdlich erscheinen, die aber auch so eindeutig durch die neuere Schulbuchlage belegt sind, so gesehen, dass sie den maßgeblichen Iststand wiedergeben. Wichtige Frage: Gilt dies auch außerhalb der KMK-Reichweite?) Ich fühle mich dabei stark an die Debatte um den Karlsruher Physikkurs erinnert. Mir erscheint dies wie das (rein subjektiv, und ich bin erst im 121. Semester Physikstudium) wie ein untauglicher Sonderweg mit der Topologie einer Sackgasse. Nicht anchlussfähig! Der WP-Artikel muss aber natürlich neutral formuliert sein, das sehe ich ein. Ich erlaube mir aber, vorher eine weitere Zuspitzung einzufügen (hier, nochmal mit meiner alten Fassung, fett):

3. Version "In der Anwendung können sich die beiden Zugangsweisen zum Arbeitsbegriff deutlich unterscheiden. Beim mechanischen Zugang ist lediglich eine Kraft und ein Weg vorzugeben, beim thermodynamischen Begriff sind zusätzlich zwei Systeme und der Energiefluss zwischen ihnen zu spezifizieren, wofür auch der Energiebegriff benötigt wird. Der Unterschied wird schon an einem einfachen Beispiel deutlich: Wird ein Körper durch eine Hubkraft mit konstanter Geschwindigkeit um die Strecke angehoben, dann verrichtet die Hubkraft nach der mechanischen Betrachtungsweise die Arbeit .(*) Betrachtet man - im Sinne der thermodynamischen Begriffsbildung - den Körper als eins der beiden Systeme, dann ist der Energieübertrag aus der Gesamtkraft auf den Körper zu berechnen, und die ist Null, denn er bewegt sich unbeschleunigt. Folglich erhält man für die Arbeit am Körper den Wert . Übereinstimmende Ergebnisse erhält man nur bei geeigneter Wahl des Systems bzw. der Systemgrenze, die von der übertragenen Energie überschritten werden muss. Beim Anheben muss das Schwerefeld mit zum System "Körper" gezählt werden. Dann zählt die Schwerkraft als eine innere Kraft des Systems, die grundsätzlich nicht zum Energieübertrag über die Systemgrenze hinweg beitragen kann. Nur die äußere Kraft ist dann zu berücksichtigen. Beim freien Fall ist es aber umgekehrt: Damit das Schwerefeld dem Körper die nach mechanischem Ansatz berechnete Arbeit zuführt (was die entsprechende Erhöhung seiner kinetischen Energie bewirkt), muss nach thermodynamischer Betrachtungsweise das Schwerefeld eine äußere Kraft sein, also nicht zum System des Körpers gehören.

Trotz dieser Komplikation hat sich im Schulunterricht die thermodynamische Herangehensweise etabliert, bei der nur dann von Arbeit gesprochen wird, wenn diese durch äußere Kräfte verrichtet wird und folglich die Gesamtenergie des Systems verändert. Als ihr didaktischer Vorteil gilt, dass diese Herangehensweise nicht auf dem Kraftbegriff aufbaut, der oftmals unklar geblieben und auch aus der alltäglichen Benutzung mit falschem Vorverständnis belastet ist, sondern auf dem Energiebegriff, der davon weniger betroffen ist und als Erhaltungsgröße auch in der Physik die zentralere Bedeutung hat.

(dass bei plötzlich andere Buchstaben auftauchen, muss natürlich noch geglättet werden) --Bleckneuhaus (Diskussion) 11:19, 2. Mai 2021 (CEST)
(Nach BK mit jbns nächstem Entwurf auf die nicht-inhaltliche Hälfte reduziert, den Entwurf muss ich mir erst in Ruhe ansehen.) Gut wäre es, wenn wir uns noch irgendwie absichern können, dass "in der Schule" wirklich stimmt. Die nicht-südlichen Bundesländer habe ich nicht gut im Blick, erst recht nicht A&CH. Insbesondere wenn Müller, was ich nicht ahnte, nun auch mit dem Dorn/Bader verquickt ist (ist er nicht mit der nagelneuen BY-Ausgabe, aber seit mindestens 2016 in einigen Bundesländern wie BB und NRW) müssen wir aufpassen, da nicht in einer Blase einiger Bundesländer/Schulbücher zu landen. Andererseits spricht die Verbreitung des Dorn/Bader für eine Etabliertheit zumindest in D. Kein Einstein (Diskussion) 11:37, 2. Mai 2021 (CEST)
Ich frage unseren Bremer Experten. --Bleckneuhaus (Diskussion) 12:46, 2. Mai 2021 (CEST)
Prima, Danke. Kein Einstein (Diskussion) 15:45, 2. Mai 2021 (CEST)

Man muss aus einer Kanone ja auch keinen Spatzen machen, wenn Ihr versteht, was ich meine ;-) Fakt ist: Das, was an der Schule "Arbeit" genannt wird, heißt auch an der Uni "Arbeit". An der Uni wird das Wort aber auch für Dinge verwendet, die sich formal gleich berechnen wie in der Schule, dort aber "Energieumwandlung" heißen. Ich glaube nicht, dass sich große Anschlussschwierigkeiten beim Übergang von der Schule an die Uni ergeben. (Da waren andere Ausgeburten des KPK schwieriger, z. B. Gleichsetzung von Wärme und Entropie). Wir sollten hier nicht allzuviel TF betreiben, indem wir die unterschiedlichen Darstellungsarten für den Leser aufdröseln. Es reicht völlig, in der Einleitung und dem Definitionsabschnitt den Ansatz W=Fs zu erklären und dann in einem eigenen Abschnitt des Hauptteils den Zusammenhang zwischen Arbeit und Energie zu erklären. Alle Schwierigkeiten, die wir hier zu haben scheinen, entstehen dadurch, dass wir der Formel W=Fs einen Bezug zur Energie überstülpen wollen, den sie in ihrer allgemeinsten Form nicht hat. In diesem Punkt stimme ich (bei allen sonstigen Gegensätzen) vollkommen mit Benutzer:TiHa überein. --Pyrrhocorax (Diskussion) 13:29, 2. Mai 2021 (CEST)

Klingt sinnvoll. Ich war tatsächlich aufgeschreckt von der Vision, dass ein in der Schule lernender Mensch aus WP zitiert und dafür von der zuständigen Lehrperson einen Fehler angekreidet (sagt man doch noch so - ange"kreide"t?) kriegt. Daher: nicht ZU tief hängen! --Bleckneuhaus (Diskussion) 13:41, 2. Mai 2021 (CEST)
Nein, bin doch nicht so überzeugt. Die Fälle von Schul- und Uni-"Arbeit" können in Übereinstimmung gebracht werden, wenn man die Systemgrenzen geeignet wählt. (Oder etwa auch dann nicht immer?) Meine letzte Ergänzung(in fett) sollte genau dies zeigen. Und der für mich ausschlaggebende dunkle Punkt der thermo-Definition ist dann, dass bei kleiner Änderung des Prozesses schon die Grenze anders zu wählen ist. (Wenn DAS nicht gegen die Bevorzugung des thermo-Begriffs spricht, bin ich sprachlos.) --Bleckneuhaus (Diskussion) 14:54, 2. Mai 2021 (CEST)
Inhaltlich stört mich an deinem dritten Vorschlag weiter, dass die Betrachtungsweise der Physikdidaktiker "thermodynamisch" heißt. Das ist als Etikett für unsere Diskussion ok, bringt aber für den Laien eher zusätzlich Probleme (weil der Bezug zur Thermodynamik ja ein indirekter ist).
Die fettgedruckte Änderung ist zudem so formuliert, dass ich Probleme habe, dich zu verstehen. Diesen Ausschnitt formuliere ich um, das "trotz-oder-wegen-Problem" hoffe ich, duch Umstellung entschärft zu haben:

Im Schulunterricht hat sich die Herangehensweise etabliert, bei der nur dann von Arbeit gesprochen wird, wenn diese durch äußere Kräfte verrichtet wird und folglich die Gesamtenergie des Systems verändert. Als ihr didaktischer Vorteil gilt, dass diese Herangehensweise nicht auf dem Kraftbegriff aufbaut, der oftmals unklar geblieben und auch aus der alltäglichen Benutzung mit falschem Vorverständnis belastet ist, sondern auf dem Energiebegriff, der davon weniger betroffen ist und als Erhaltungsgröße auch in der Physik die zentralere Bedeutung hat.

Übereinstimmende Ergebnisse erhält man nur bei geeigneter Wahl des Systems bzw. der Systemgrenze, die von der übertragenen Energie überschritten werden muss. Beim Anheben ist die anhebende Kraft eine äußere Kraft, die Arbeit verrichten kann. Dagegen muss das Schwerefeld mit zum System "Körper" gezählt werden, die Schwerkraft kann dann als eine innere Kraft des Systems grundsätzlich nicht zum Energieübertrag über die Systemgrenze hinweg beitragen. Wenn beim freien Fall überhaupt Arbeit verrichtet werden soll - mit der Schwerkraft als innerer Kraft des Systems würde man hier nur von einer Energieumwandlung zwischen potentieller und kinetischer Energie sprechen, nicht von Arbeit - muss das Schwerefeld eine äußere Kraft sein, also nicht zum System des Körpers gehören.

Das wäre alles dann eher in einem eigenen Abschnitt unter der Einleitung zu platzieren, nicht mehr IN der Einleitung. Dem die Diskussion auslösenden Vater wäre damit gedient, unsere didaktische Hilfestellung aber nicht mehr so prominent, dass sie in einer Enzyklopädie zu sehr stört.
Die Lehrplanmacher sind sich der Umstände übrigens bewusst, die dieser Systemgedanke bzw. die Unterscheidung zwischen „echter“ Einwirkung „von außen“ und Schwerkraft als „nicht von außen“ mit sich bringt, siehe Seite 10&11 der Erläuterungen in BY. Kein Einstein (Diskussion) 15:45, 2. Mai 2021 (CEST)
Das sollte nicht IN die Einleitung. Aber Deine Formulierung des letzten Kasten-Satzes finde ich sehr gewunden. Da wäre wohl ein Mittelweg golden. --Bleckneuhaus (Diskussion) (ohne (gültigen) Zeitstempel signierter Beitrag von Bleckneuhaus (Diskussion | Beiträge) 16:17, 2. Mai 2021 (CEST))

Ich möchte in diesem Zusammenhang nochmal auf meinen Vorschlag verweisen, in dem ich diesen Sachverhalt so darstelle:

[...] Ein solcher Vorgang, den man als innere Arbeit bezeichnet, ändert die Gesamtenergie des Systems also nicht [...].

Die Gesamtenergie kann sich folglich nur durch äußere Arbeit verändern. Es handelt sich dabei um die Arbeit, die von Kräften bewirkt wird, die nicht aus der potentiellen Energie eines Körpers abgeleitet werden. Für diese Kräfte gilt

Wie man sieht, bewirkt eine positive Arbeit eine Zunahme der Gesamtenergie. Negative Arbeit bedeutet eine Energieabgabe des Systems.

Um sauber zwischen innerer und äußerer Arbeit unterscheiden zu können, ist es notwendig, die Systemgrenzen eindeutig zu definieren. Aus diesem Grund wird in der Schule üblicherweise nur dann von Arbeit gesprochen, wenn es sich um äußere Arbeit handelt, d. h. wenn sich dadurch die Gesamtenergie des Systems ändert. Im umgekehrten Fall spricht man von Energieumwandlung statt von innerer Arbeit.

Kurze Erläuterung: Im Gegensatz zu dem Entwurf von Bleckneuhaus gehe ich von der Definition der Arbeit über W=Fs aus und unterscheide innere und äußere Arbeit. Diese Unterscheidung ist auch an der Uni wichtig, denn der Arbeitssatz gilt nur, solange keine äußeren Kräfte wirksam sind. Erst nach dieser Klärung spreche ich über die an der Schule übliche Darstellung, die dieselbe Unterscheidung macht, nur sind die Bezeichnungen ein wenig anders: "äußere Arbeit" wird zu "Arbeit", "innere Arbeit" zu "Energieumwandlung". Ich glaube, dass diese Vorgehensweise viel einleuchtender ist und weniger Widersprüche heraufbeschwört, die gar nicht da sind. --Pyrrhocorax (Diskussion) 18:10, 2. Mai 2021 (CEST)

Ich finde deinen Vorschlag gut. Er ist aber für den "Einsteiger" nicht verständlich - oder glaubst du, ein Schüler/-Vater könnte sich da durchkämpfen?
Deine Baustellenseite liefert einen guten Ausgangspunkt zum Brückenschlag zur Thermodynamik. Hier geht es aber um den Brückenschlag zum Schüler/Laien. Wenn du wirklich meinst, wir driften hier zu sehr in TF und "Probleme machen" ab, dann müsste dein Ansatz mindestens mal umgedreht werden: Klärende Worte zur innerer/äußerer Arbeit vorneweg, dann erst irgendwelche Formeln. Allerdings kenne ich das Begriffspaar "innere/äußere Arbeit" so nicht (was aber an mir liegen mag). Kein Einstein (Diskussion) 18:28, 2. Mai 2021 (CEST)
Ich möchte Euch auf die Arbeit "THE PHYSICS AND MATHEMATICS OF THE SECOND LAW OF THERMODYNAMICS" von Lieb und Yngvason aus dem Jahre 1998 und dort auf die Definition der "Adiabatic accessibility" (S 16) hinweisen: „A state Y is adiabatically accessible from a state X, in symbols X≺Y, if it is possible to change the state from X to Y by means of an interaction with some device (which may consist of mechanical and electrical parts as well as auxiliary thermodynamicsystems) and a weight, in such a way that the device returns to its initial state at the end of the process where as the weight may have changed its position in a gravitational field.“ Nach dieser Definition, wird zumindest mir klarer, wie das mit der Arbeit bei thermodynamischen Systemen zu verstehen ist. ArchibaldWagner (Diskussion) 19:03, 2. Mai 2021 (CEST)
Es gibt zwei zwei Arten von Arbeiten, reversible und nicht reversible. Wird bei einem adiab. Arbeitsprozess der Zustand des therm. Systems von X nach Y geändert, so existiert bei einem reversiblen adiab. Arbeitprozess auch ein adiab. Arbeitsprozess der das System von Zustand Y in den Zustand X bringt, dieses gilt nicht für die irreversiblen. Aber beide Arten von Arbeiten stecken in dem vom 1. Hauptsatz! Man spricht in der Thermodynamik genau deshalb von Arbeit, weil man die zugeführte Energie mit bekannten rein makroskopischen mechanischen Mitteln bestimmen kann. Der Satz in der aktuellen Einleitung: „Eine tiefere Deutung der Begriffe Arbeit und Wärme ergibt sich in der quantenmechanischen Beschreibung eines Systems sehr vieler Teilchen.“ ist daher so nicht richtig, das gilt auch für den Satz „mit Arbeit wird nur Energie übertragen, aber keine Entropie“. Bei Stierstadt sind hier nur die reversiblen Arbeitsprozesse bei einf. therm. Systemen gemeint! Beide Sätze sollten m.E. weggelassen werden. Überhaupt wird meiner Meinung nach die Einleitung mit zuviel Komplexität der Thermodynamik aufgeladen. Ich empfehle, noch einmal darüber nachzudenken, ob hier wirklich der Entropiebegriff hingehört. Wollen wir wirklich hier bei Arbeit(Physik) erklären, was reversibel ist, bzw. ein Verständnis davon voraussetzen. Sorry, wenn ich mich hier doch wieder einmische, aber nachdem ich das noch einmal durchdacht habe, sind mir große Bedenken gekommen. ArchibaldWagner (Diskussion) 20:54, 2. Mai 2021 (CEST)
Nachtrag: Die Formulierung "Entropie übertragen" finde ich heikel, da sie suggerieren kann, dass Entropie eine Art Erhaltungsgröße ist. Bei irreversibler Arbeit (auch dissipativ) wird die Entropie vergrößert. ArchibaldWagner (Diskussion) 09:06, 3. Mai 2021 (CEST)
Ach ja @Pyrrhocorax, innere und äußere Arbeit, ich habe immer noch keine bekannte Literatur gesehen, wo das definiert wird! ArchibaldWagner (Diskussion) 20:54, 2. Mai 2021 (CEST)

@Benutzer:Pyrrhocorax: Ist "innere Arbeit" nicht Theoriefindung? Ich finde den Begriff nur als altertümlich für innere Energie. Einen " Arbeitssatz " kenne ich nicht. @Benutzer:ArchibaldWagner: Danke für die ref, da durchzusteigen würde ich aber Wochen brauchen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:08, 2. Mai 2021 (CEST)

@Benutzer:Bleckneuhaus: Es reicht, wenn Du Dir die zitierte Definition einmal genauer anschaust und ggf. das Umfeld auf S 16, wo die Begriffe erläutert werden. Ich denke bei Arbeit Thermodynamik gibt es oft Missverständnisse, weil man nur an Gasbehälter mit dem beweglichen Kolben denkt, aber wenn Du bei Adiabatische Zustandsänderung schaust, ist Arbeit mehr, man denke nur an Lord Rumford und seinen Kanonenbohrer oder Joule und seine Wellenarbeit. Eine gute lesbare Darstellung der zwei Arten von Arbeit in der Thermodynamik findet man auch bei dem von mir öfter zitierten G.Ludwig Band 4. "Grundlagen der theoretischen Physik". ArchibaldWagner (Diskussion) 21:19, 2. Mai 2021 (CEST)
Leider habe ich den Ludwig nicht, und den für Tiefschürfendes ja ebenso berühmten Landau-Lifschitz auch nicht. Und wann komme ich schon mal wieder in die UB!--Bleckneuhaus (Diskussion) 21:35, 2. Mai 2021 (CEST)

@Bleckneuhaus: Innere und äußere Arbeit... Ich muss gestehen, dass ich die Begriffe in der deutschsprachigen Literatur auch vermisse. Sie stammen aus dem Paper, das Benutzer:Sch ganz am Anfang in die Diskussion eingebracht hat: Klick", S. 82. Ich fand die Bezeichnungen so einleuchtend, dass ich sie gleich in meine Argumentation übernommen habe, ohne dass ich vorher überprüft habe, ob es diese Begriffe im Deutschen überhaupt gibt. Sie sind für unser Problemchen besser als innere und äußere Kräfte (die es definitiv auch im Deutschen gibt), weil bei den Kräften die Defintion über das Wechselwirkungsprinzip funktioniert. Es ist einfach eleganter, wenn man ohne dieses auskommt. Zu dem Arbeitssatz. Tatsächlich war mir bis vor kurzem dieser Begriff auch nicht bekannt. Ich stieß aber in der englischsprachigen Literatur öfter auf das work-energy-theorem oder (präziser) work-kinetic-energy-theorem. Inzwischen habe ich herausgefunden, dass dies auch im Deutschen verwendet wird, jedoch unter dem Namen "Arbeitssatz". (Das ist wohl wieder Ingenieursprech und daher uns Physikern etwas fremd, aber wenn Du bei Google "Arbeitssatz" eingibst, findest Du sofort genüngend Treffer, aber erstaunlicherweise keine Wiki). --Pyrrhocorax (Diskussion) 22:47, 2. Mai 2021 (CEST) Nachtrag: In diesem Video wird der Arbeitssatz ab etwa 4:54 eingeführt. --Pyrrhocorax (Diskussion) 23:35, 2. Mai 2021 (CEST)

Wird in diesem Video von der Uni Wien so ähnlich erklärt. Es ist mir allerdings ein Rätsel, warum man immer vom mathematisch komplizerten Fall ausgeht und dabei sozusagen eine physikalische Beobachtung aus der Mathematik herleitet. Ich sehe ein, dass in der Wirklichkeit der einfache Fall, W=Fs, kaum vorkommt. Man könnte aber trotzdem den Begriff umgedreht einführen. Der Weg s bestimmt, wie lange die Kraft wirkt und dadurch, wie sehr die Geschwindigkeit zunimmt (sorry, falls diese Einfachheit mathematische Talente beleidigt ;-). Danach kann man sich dem Problem der gerichteten und der nicht-konstanten Größen zuwenden und kommt beim Skalarprodukt und Integral raus. TiHa (Diskussion) 09:08, 3. Mai 2021 (CEST)
@Pyrrhocorax: In Baehr/Kabelac "Thermodynamik", ein typisches Buch für Ingeniure, finde ich den Begriff Arbeitssatz nicht! Dagegen gibt es dort ein gute Beschreibung der Arbeit in 2.2 Energieformen und den Unterabschnitten 2.2.3 bis 2.2.7, die gut mit meinen Kenntnissen aus der Physikliteratur übereinstimmt. ArchibaldWagner (Diskussion) 09:22, 3. Mai 2021 (CEST)
Den Begriff müsste man auch eher in einem Werk zur Technischen Mechanik finden, denn mit Thermodynamik hat er in der Tat nicht sehr viel zu tun. --Pyrrhocorax (Diskussion) 12:07, 3. Mai 2021 (CEST)

@Benutzer:ArchibaldWagner und Benutzer:Pyrrhocorax Meine Anmerkungen / Gesichtspunkte: (a) Wo finde in Stierstadts Buch die Unterscheidung rev/irreversible Arbeit? (b) Entropie übertragen ist mE korrekt. Dass zusätzlich Entropie auch neu entstehen kann, ist damit nicht ausgeschlossen und wird in Entropie auch deutlich gesagt. Wenn Du das hier gern mit erwähnt sähest, kein Problem! (c) Weder bei W=Fs noch bei W= Delta U - Q überträgt Arbeit Entropie. Nur wenn das System auf die Arbeit mit Dissipation reagiert, wird Entropie erzeugt, das ist aber keine Eigenschaft der Arbeit. (d) Das alles in die Einleitung? Da kann man drüber reden, ich habe mich an die Richtlinie gehalten, dass die Einleitung nicht die vorsichtige Einführung in die Begriffsbildung ist, sonden den Hauptteil des Artikels zusammenfasst. Insofern stelle ich mir zu jeder Info der Einleitung (mindestens) ein paar passende Sätze weiter unten vor. (In anderen Artikeln haben wir deshalb nach der Einleitung einen Abschnitt "Einführung" oder "Überblick" gemacht. Im Smartphone-Zeitalter könnte man über die Funktion der geeigneten Einleitung vielleicht noch mal nachdenken.) (e) Innere/äußere Arbeit sind schon sehr schöne Begriffe, leider in Deutschland nicht verbreitet. Wenn mit Definition dabei, könnten wir sie einsetzen. - Gruß!! --Bleckneuhaus (Diskussion) 11:44, 3. Mai 2021 (CEST)

Ich habe inzwischen dieses Online-Lehrbuch gefunden. Hier wird auch nicht von innerer und äußerer Arbeit gesprochen (bzw. internal /external work). Anscheinend ist das im Englischen auch nicht so verbreitet, wie ich zunächst dachte. Der Autor argumentiert hier ganz mit inneren und äußeren Kräften. In Kaptiel 7.4 werden "internal forces" (= innere Kräfte) als solche definiert, die zwischen den "particles" (= Teilchen, Massepunkten) eines Systems wirken. "External forces" (= äußere Kräfte) sind alle anderen. (Das kennen wir ja schon). Dann stellt der Autor fest, dass ein einzelner Massepunkt immer nur kinetische Energie hat (Potentielle Energie würde Wechselwirkung mit einem anderen Teilchen voraussetzen). Folglich bewirkt die Arbeit äußerer Kräfte die Änderung der kinetischen Energie dieses Teilchens (Das ist die Aussage des erwähnten Arbeitssatzes ). Handelt es sich um ein zusammengesetztes System aus mindestens zwei Teilchen, so kommen zu den äußeren Kräften auch noch innere Kräfte hinzu. Es wird gezeigt, dass die Arbeit, die von den inneren Kräften verrichtet wird, genau der Änderung der potentiellen Energie entspricht, während die Arbeit der äußeren Kräfte genau die Änderung der Gesamtenergie ist. Und zum Abschluss dieses Abschnitts sagt der Autor: "if you want to count the work done by gravity as contributing to the change in the system’s total energy, it means that you are, implicitly, treating gravity as an external force, and therefore your system must be something that does not have, by itself, gravitational potential energy; conversely, if you insist on counting gravitational potential energy as contributing to the system’s total energy, then you must treat gravity as an internal force, and leave it out of the calculation of the work done on the system by the external forces, which are the only ones that can change the system’s total energy." Ich paraphrasiere mal: Wenn man die Arbeit des Schwerefeldes in die Energiebilanz einbeziehen möchte, dann muss man die Gewichtskraft als äußere Kraft ansehen und der betrachtete Körper hat für sich somit keine (!) potentielle Energie. Wenn man allerdings die potentielle Energie als Teil der Gesamtenergie ansieht, dann darf man nur die Arbeit der äußeren Kräfte zählen, weil nur sie einen Beitrag zur Gesamtenergie leistet.

Der vermeintliche Widerspruch zwischen Uniphysik und Schulphysik besteht lediglich darin, dass man in der Schule für die Lernenden eine Vorauswahl trifft und sich bewusst für die zweite Zählweise entscheidet. --Pyrrhocorax (Diskussion) 13:13, 3. Mai 2021 (CEST)

Stimme zu (und lerne weiter). Ich suche mal eine Formulierung, in der nicht die Unterschiede (oder schrecklich: Widersprüche) Hauptthema sind, sondern die Rolle der Systemwahl bei der Herangehensweise. - Ein sehr interessanter Fall ist auch die Reibung (in Sch's Beleg Klick" S. 85.) --Bleckneuhaus (Diskussion) 14:25, 3. Mai 2021 (CEST)
Hallo @Benutzer:Bleckneuhaus! Bzgl. reversible/irreversible Arbeit war ich etwas luschig. Es gibt reversible und irreversible Zustandsänderungen. Was ich meinte sind reversible bzw. irreversible adiabatische Zustandsänderungen. Man sollte besser von dissipationsfrei und dissipationsbehaftete Arbeitsprozessen reden. Was den Stierstadt angeht habe ich die 2. Auflage für Bachelor, die deutlich gekürzt wurde, worauf wir beim Vergleich achten müssen. Also in meiner 2. Auflage steht der Vergleich von Arbeit und Wärme im Abschnitt 3.3 "Der Unterschied zwischen Wärme und Arbeit" und dort steht nichts explizit von disssipationsfreier Arbeit (was ich oben reversibel nannte). Stierstadt charakterisiert im mikroskopischen QM-Modell die Arbeit dadurch, dass sich durch Arbeit die Abstände der Energieniveaus ändern, während bei Wärmeübertrag sich die Möglichkeiten für die Besetzung der Niveaus verändert. Dieses kann ich auch einsehen, wenn ich mich nur auf Arbeitsprozesse beschränke, bei welchen die äußeren Parameter quasistatisch reversibel verändert werden, aber diese klare Trennung dürfte falsch sein, bei Arbeitsprozessen bei welchen Dissipation beteiligt ist. Die dissipativen Arbeitsprozesse gehören aber nun auch zur Thermodynamik. Stierstadt schreibt dann auch etwas ausweichend auf S 76 „In der Praxis sind Wärme und Arbeit natürlich nicht immer so streng getrennt, wie wir es hierdargestellt haben. Arbeitsleistung ist oft mit Erwärmung verbunden, zum Beispiel durch Reibung. ...“ Wenn man Stierstadt genau nehmen würde, dann wäre die Bestimmung des Wärmeäquivalents eigentlich Wärmezufuhr. Aber tatsächlich ist es ein adiabatischer Prozess bei welchem mechanische Energie in innere Energie verwandelt wird. Ich hoffe, Du verstehst meinen Einwand jetzt besser. ArchibaldWagner (Diskussion) 14:21, 3. Mai 2021 (CEST)
Ich halte daran fest: Arbeit überträgt keine Entropie, sondern nur Energie. Die wirkt sich evtl. in Erhöhung der Entropie aus. Dazu habe ich die Einleitung gerade ergänzt. (Kein Präjudiz der Frage, ob Entropie da überhaupt schon drankommen soll. Ich meine: ja.) --Bleckneuhaus (Diskussion) 16:14, 3. Mai 2021 (CEST)
Ja dann halte. Ich selbst vermeide den Begriff Entropieübertragung möglichst. Aber da ist noch die andere Geschichte: auf "mikroskopischer Ebene" dürfte die Wirkung von vollständig dissipativer Arbeit und Wärmeübertragung im System (wenn der Gleichgewichtszustand sich eingestellt hat) keinen Unterschied machen, so dass ich weiter Schwierigkeiten mit dem letzten Satz der Einleitung habe. In ..mikroskopischer_Deutung wird die Aussage letztlich nur mit einem speziellen System begründet und auch hier trifft die Betrachtung nur für nicht dissipative Arbeit zu. Für mich liegt die tiefere Begründung der Arbeitsprozesse in diesem Zusammenhang darin, dass damit der Energiebegriff aus der klass. Mechanik auf thermodynamische Systeme übertragen wird, auf Vielteilchensysteme von dessen Zustand ich nur ein paar makroskopische Größen kenne. Aber unsere unterschiedliche Einschätzung hängt wahrscheinlich damit zusammen, dass ich die Physik aus einem etwas anderen Blickwinkel betrachte, als ein Gebäude von aufeinander aufbauenden in komplexer Weise zusammenhängenden Einzeltheorien und nicht als eine umfassende Theorie aus der alle andere früheren Theorien streng logisch hergeleitet werden können.
Was ich weiter oben über die Herangehensweise an den Arbeitsbegriff in der Schule gelesen habe; hier teile ich voll und ganz die Bedenken von @Bleckneuhaus. ArchibaldWagner (Diskussion) 22:04, 3. Mai 2021 (CEST)
Was ich über den Schulansatz denke, ist im Wandel - mal ehrlich gesagt. Müller (Rainer Müller 2010_FundamentaleKonzepte_KlassischeMechanik Kap7, ich habs über die UB im Rechner, wirklich lesenswert), Jewett, Sherwood haben mir deutlich gemacht, dass unsre gewohnte Physiker-Sicht Tücken hat, über die geschickt hinweg gesehen werden muss, wenn es einfach bleiben soll. Daher würde ich meinen leisen abwertenden Vorschlag zum Vergleich der Ansätze nun eher zurückziehen.--Bleckneuhaus (Diskussion) 16:37, 4. Mai 2021 (CEST)
á Mikroskopische Deutung: im verlinkten WP-Artikel steht (z.Zt. noch) nur das stark vereinfachte Einzelteilchenbild ohne WW, aber WW ist mE leicht einzubauen. Becker (ich hab mir das Buch antiquarisch wiederbeschafft) nimmt eine beliebige(?) (klass.) Hamilten-Funktion und leitet in §34a,b ab, wie sich Energie und Phasenvolumen bei "hinreichend" langsamer Änderung der äußeren Parameter (von den H differenzierbar abhängt) ändern. Das wird in §73a aufgegriffen: solche Änderungen sind Arbeit, und es folgt der 1.Hauptsatz. Ich halte das für hinreichend allgemein, um den letzten Satz der Einleitung zu stützen.--Bleckneuhaus (Diskussion) 16:54, 4. Mai 2021 (CEST)
Soweit ich das im Becker auf die Schnelle erkennen kann, sind mit den äußeren Parametern halt genau die Parameter gemeint, die bei Bewegungen längs Adiabaten verändert werden, also bei einfachen Systemen quasistatische reversible Änderungen, und damit fehlen hier die dissipativen Arbeitsprozesse. Bei einem Rührwerk bewegt man eine Welle (Drehmoment * Winkel), dieses sind m. E. aber keine äußeren Parameter im Sinne von Becker, trotzdem zählen darüber erfolgte Bewegungen zu den Arbeitsprozessen. Ich meine immer noch, dass in Deinem Satz dann zumindest der Hinweis auf quasistatische Zustandsänderung über die äußeren Parameter gehört. Wobei es auch einer Klarstellung Bedarf, dass die äußeren Parameter zugleich auch extensive Zustandsgrößen des Systems sind. Bei dem Drehwinkel einer Welle, die ein Rührwerk antreibt wird diese durch eine äußere Kraft bewegt, der Winkel ist aber m. W. keine Zustandsgröße des therm. Systems. ArchibaldWagner (Diskussion) 21:36, 4. Mai 2021 (CEST)
Was genau sind "dissipative Arbeitsprozesse"? Arbeiten tut das Paddel in der Flüssigkeit, daran ist nichts Dissipatives. Dissipation findet im Wasser statt, aufgrund der Störung des Gleichgewichtszustands. Diese war eben zu heftig für die Grenzen eines adiabatischen Prozesses. Der Prozess läuft daher nicht nur über Zustände nahe dem Gleichgewicht, also eben nicht quasistatisch - so würde ich versuchen, mir das zusammenzureimen - ganz im Einklang mit der bewussten mikroskopischen Erklärung. - Wie würdest Du "quasistatisch" in den Satz einfügen? --Bleckneuhaus (Diskussion) 22:30, 4. Mai 2021 (CEST)
Bei "dissipativen Arbeitsprozessen" wird Entropie erzeugt. Was Dein Zusammenreimen angeht, so sehe ich das auf der Teilchenebene nicht anders. Bzgl. tieferer Deutung; im Stierstadt (2018) im Abschnitt 3.3 "Der Unterschied zwischen Wärme und Arbeit" steht als Gl 3.21 „Arbeit “ also keine Änderung der Entropie, aber Änderung von äußeren Parametern; das heißt für mich können hier nur die isentropen bzw. reversiblen Arbeitsprozesse gemeint sein. Wie würde ich das formulieren? Ich würde den Satz gar nicht in der Einleitung bringen, sondern diese Information evtl. in einem Abschnitt "mikroskopische Deutung" im Text, vielleicht ähnlich, wie bei Wärme erwähnen. ArchibaldWagner (Diskussion) 17:19, 5. Mai 2021 (CEST)
Statt bei: Infolge von "dissipativen Arbeitsprozessen" wird Entropie erzeugt - ich würde das begrifflich getrennt halten: die Arbeit überträgt die Energie lediglich, das System erzeugt ggflls. Dissipation. - Ob der Satz in die Einleitung gehört, würde ich gerne auf später verschieben, wenn der Rest des Artikels steht. Bisher ist das hier ein Merkposten. --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:01, 5. Mai 2021 (CEST)

In dem Abitur, das heute in Baden-Württemberg geschrieben wurde, heißt es übrigens nicht Arbeit, sondern "mechanische Energie, die hierfür aufzuwenden ist". Dass das Wort Arbeit in den Schulbüchern von BaWü gegenwärtig so dogmatisch vermieden wird, halte ich für einen didaktischen Fehler, der in ein paar Jahren vermutlich wieder getilgt wird, nämlich dann, wenn jemand wieder die reversiblen und irreversiblen Prozesse hervorholt. Bildungsplangestaltung ist (zum Glück!) in weiten Teilen auch ein reversibler Prozess. Deswegen bedeutet es halt viel Arbeit. ;-) --Pyrrhocorax (Diskussion) 19:03, 6. Mai 2021 (CEST)

Die Arbeit ist immer gleich groß wie die Energie, die benötigt wird, um sie zu verrichten

So steht es in der Einleitung. Doch was will der Autor damit sagen? Arbeit ist doch genau der Aufwand, der getrieben wird, wenn man sie verrichtet. Und der Energiebegriff entwickelt sich aus der Arbeit. Überspitzt gesagt, könnte der Satz also auch lauten: "Die Arbeit, ist immer genau gleich groß wie sie selbst." Ich ahne, was die Absicht hinter diesem Satz ist, aber dieser Absicht wird die Formulierung nur unvollkommen gerecht. Mein Änderungsvorschlag im Kontext:

Statt:

Der mechanische Arbeitsbegriff lässt sich so verallgemeinern, dass er die Betrachtungsweise der Thermodynamik einschließt. Die Arbeit ist immer gleich groß wie die Energie, die benötigt wird, um sie zu verrichten. Dimension und SI-Einheit [...] sind für Arbeit und Energie gleich.

Verbesserungsvorschlag:

Der mechanische Arbeitsbegriff lässt sich so verallgemeinern, dass er die Betrachtungsweise der Thermodynamik einschließt. Auch in der Mechanik stellt die Arbeit ein Maß für den Energieübertrag dar. Dimension und SI-Einheit [...] sind für Arbeit und Energie gleich.

Bevor zu dem Wort Diskussion losbrechen, die schon lange geführt sind: "Energieübertrag" ist der von mir bewusst gewählte kleinste gemeinsame Nenner, der offen lässt, ob es sich um Energietransfer oder Energieumwandlung handelt, und ob es sich dabei überhaupt um unterschiedliche Dinge handelt. --Pyrrhocorax (Diskussion) 17:06, 1. Mai 2021 (CEST)

Dahinter steckt wieder der Denkfehler mit der Bilanz und der Gleichsetzung von Arbeit und Energie. Energie wird in der Einheit der Arbeit gemessen, ist aber nicht dasselbe. Wenn Energie ausgetauscht, transferiert, umgewandelt wird, passiert halt was, es ändert sich etwas. Dass die Energiebilianz dabei so oder so ist, spielt keine Rolle. Die Summe bleibt gleich, aber die Summanten sind anders. TiHa (Diskussion) 17:54, 1. Mai 2021 (CEST)
Oder so "Energie" verhält sich zu "Arbeit" wie "Guthaben" zu "Umbuchung". TiHa (Diskussion) 18:02, 1. Mai 2021 (CEST)
... womit Du ja dann doch eingestehst, dass die Änderung der Energie bzw. die Änderung des Guthabens gleich der Arbeit bzw. der Umbuchung ist. Wo ist also Dein Punkt? --Pyrrhocorax (Diskussion) 18:06, 1. Mai 2021 (CEST)
Die Geldmenge bleibt gleich, wenn du einen Betrag von einem Konto auf das andere umbuchst, z.B. deine Miete. Ausgeben kannst du aber nur das, was auf deinem Konto bleibt. Für die kinetische Energie eines Körpers spielt die Gesamtenergie (entspr. Geldmenge) keine Rolle, er kann, wenn er aufschlägt, nur das ausgeben, was auf seinem Konto ist, das, was die Arbeit an kinetischer Energie eingezahlt hat; das Konto der potentiellen Energie nützt ihm dabei nichts. Ich rechne das doch alles aus, um zu wissen, mit welcher Wucht der Körper aufschlägt... TiHa (Diskussion) 18:17, 1. Mai 2021 (CEST)
Ich vermute, du siehst immer nur das Ergebnis, das was man ausrechnet. Arbeit wird dabei aber als Prozess betrachtet, das Umbuchen ist ein physikalischer Vorgang, Energie ist ein Zustand, der sich dabei ändert. Ich glaube, das war so in der Ausgangsfassung gemeint, wo von "Arbeit als Prozessgröße" die Rede war. TiHa (Diskussion) 19:29, 1. Mai 2021 (CEST)

Ich sehe den Punkt (auch) nicht, den TiHa machen will, und übernehme P.'s Vorschlag. --Bleckneuhaus (Diskussion) 20:45, 1. Mai 2021 (CEST)

Es ist halt umgedreht: Energie ist ein Maß für die Arbeit, die verrichtet wurde (Work done). Der Ausdruck "Arbeit ist immer gleich groß wie die Energie" soll nur sagen, dass diese Buchung gebürenfrei und zinslos ist. Ihr scheint irgendwie nicht zu verstehen, das in der Physik etwas passiert, nach ganz bestimmten Gesetzmäßigkeiten, und scheint alles nur als eine mathematische Formel zu betrachten, wie man etwas ausrechnet. Dass Arbeit und Energie mengenmäßig gleich sind besagt genau so wenig wie, dass sich die Geldmenge nicht geändert hat, wenn ich vom Supermarkt komme. Das Geld ist halt dann anders verteilt. Arbeit bezeichnet das Umverteilen von Energiemengen, das hier passiert, wobei genau so viel Energie, wie von einer Stelle weggenommen wird, woanders hinzugefügt wird, sodass die Summe der Energien gleich bleibt. TiHa (Diskussion) 21:22, 1. Mai 2021 (CEST)
Willst Du auf eine Formulierung hinaus wie Auch in der Mechanik stellt der Energieübertrag ein Maß für die Arbeit dar? Das ist zwar trivialerweise auch richtig, verwischt aber den Unterschied, dass man mechanisch die Arbeit schon quantitativ definieren kann, bevor Energie eingeführt ist. Bis auf die neuere Entwicklung im Schulunterricht wurde das überall in Schule und Uni so gemacht.--Bleckneuhaus (Diskussion) 21:58, 1. Mai 2021 (CEST)
Ein letzter Versuch, weil ich glaube, dass es eigentlich alle kapiert haben, um was es hier geht (Vielleicht mit einer Ausnahme...). @TiHa: Ich greife Dein Gleichnis auf. "Guthaben" steht für Energie, "Überweisung" für Arbeit. Es ist Konsens, dass beides "Geld" ist, doch während das Guthaben einen Zustand darstellt, ist die Überweisung ein Vorgang, ein Prozess. Nichts davon ist strittig. Die Physiker der Uni sagen nun, dass jede Überweisung Arbeit darstellt, und zwar unabhängig davon, ob das Geld zwischen den Konten eines Eigentümers oder zwischen den Konten von zwei verschiedenen Eigentümern verschoben wird. Die Physik-Didaktiker der Schule sagen, dass nur dann von Arbeit gesprochen werden sollte, wenn es sich um verschiedene Eigentümer handelt. Es gibt keinen objektiven Grund, warum die eine Sprechweise richtig und die andere falsch wäre, denn es handelt sich lediglich um eine Frage der Benennung. (By the way: In der Thermodynamik kommt dann noch die Barzahlung hinzu, aber das ist ein anderes Thema ...) Für die Betrachtungsweise der Schule spricht, dass man das Gesamtguthaben eines Menschen jederzeit aus einem vorherigen Stand und allen seitherigen Einnahmen und Ausgaben berechnen kann. Dagegen spricht, dass dasselbe Überweisungsformular (W=Fs) je nach Situation anders zu interpretieren ist.
Soviel zur Erklärung des Diskussionsstandes. Das Problem ist, dass wir Leser mit unterschiedlichem Hintergrund haben. Beide sollen hier einen Artikel finden, der ihre jeweilige Sichtweise berücksichtigt, ohne dass zwischen beiden ein Widerspruch entsteht. Der fragliche Satz, der inzwischen von Benutzer:Bleckneuhaus editiert wurde: "Auch in der Mechanik stellt die Arbeit ein Maß für den Energieübertrag dar." bedeutet in der Sprache des Gleichnisses: "Auch im Bankwesen stellt die Überweisung eine Art der Geldbewegung dar." Ich sehe nicht, was Du an dieser Aussage auszusetzen hättest. --Pyrrhocorax (Diskussion) 10:01, 2. Mai 2021 (CEST)
Sehr gut,@Pyrrhocorax. Mehr gibt es mE dazu nicht zu sagen, und deshalb ist hier für mich EoD. Oben unter #Weitermachen! mache ich aber weiter. --Bleckneuhaus (Diskussion) 10:48, 2. Mai 2021 (CEST)
@Pyrrhocorax, ich versteh das schon, hab es ja auch weitestgehend selbst so erklärt. Ich will auch gar nicht meine eigenen Vorstellungen umgesetzt wissen, ich mach nur auf Unklarheiten aufmerksam. Diese Passage "der Anteil, der nicht aufgrund unterschiedlicher Temperaturen als Wärme fließt." ist nach meinen Vorstellungen falsch, vermutlich ist diese Definition Physiker-Jargon, da Arbeit m.E. immer verrichtet wird, wenn Energie umgesetzt wird. Ob ich diese Energie nutzen kann oder welcher Teil des Universums mich grad als "System" interessiert, interessiert die Natur doch nicht! Wenn sich Wärme ändert, ändert sich die kin. Energie von Teilchen, sodass an Teilchen für Teilchen Arbeit = Fs verrichtet wird. TiHa (Diskussion) 13:14, 2. Mai 2021 (CEST)
Will aber auch mal was Gutes sagen: Ich find es gut, dass Arbeit nicht mehr abhängig von Energie erklärt wird, das ist jetzt gut erklärt. TiHa (Diskussion) 13:41, 2. Mai 2021 (CEST)

Einleitung - und weiter (die beiden Ansätze einpflegen).

Ich probiere in meinem Sandkasten gerade daran herum, wie es nach der Einleitung weitergehen könnte. Die Einleitung soll ja die beiden Ansätze, deren Nebeneinanderbestehen der Grund für die ganze Debatte hier ist, vorstellen. Im nächsten Abschnitt sollten sie 1. und 2. näher erläutert und 3. dann zusammengeführt werden. Dabei ist jetzt (auch) mir aufgefallen, dass man sie anders benennen sollte, denn thermodynamisch trifft es nicht. (Im 1. Hauptsatz steht die innere Energie, die nur für ruhende Systeme gilt.) Da scheint es mir besser, den zweiten Ansatz mit "Energie" zu labeln und den ersten mit "Kraft" (anstelle von mechanisch/thermodynamisch). Das sollte dann aber auch schon in der Einleitung baldmöglichst so abgeändert werden, da kommt der 1. HS jetzt viel stark heraus. --Bleckneuhaus (Diskussion) 22:06, 3. Mai 2021 (CEST)

Ist nicht bei dem Schulansatz der Systembegriff das Entscheidende, innen und außen etc.? Sollte es dann vielleicht heißen "Arbeit an und von einem System"? ArchibaldWagner (Diskussion) 22:10, 3. Mai 2021 (CEST)
Als entscheidend würde ich beim Schulansatz den Bezug zur Energie ansehen. Der zieht alles andere nach sich, über den E-Erhaltungssatz auch die Notwendigkeit, Systeme zu definieren. In der Einleitung sollte es um "Arbeit" ohne Beiwörter gehen, im Hauptteil wäre "Arbeit an und von einem System" gut möglich. --Bleckneuhaus (Diskussion) (ohne (gültigen) Zeitstempel signierter Beitrag von Bleckneuhaus (Diskussion | Beiträge) 16:22, 4. Mai 2021 (CEST))

Hauptteil

Ich bin inzwischen (wie gesagt) eigentlich ganz zufrieden mit der Einleitung. Ich glaube, dass die Problematik unserer Diskussion besser im Hauptteil aufgehoben ist. Ich gebe aber Benutzer:Kein Einstein recht, dass mein Entwurf diejenigen überfordert, die wir gerade mit einer Berücksichtigung der an der Schule üblichen Sichtweise erreichen möchten. Benutzer:ArchibaldWagner vermutete, dass der Systemgedanke entscheidend für die Schule ist. Ich würde sagen: Ja und Nein. Ja, er liegt der fachlichen Begründung der schulischen Version zugrunde, und Nein, das ist nicht das Wesentliche, was man in der Schule vermitteln möchte. Tatsächlich besitzen Schüler ein recht intuitives Verständnis davon, was ein System ist, und was mit inneren und äußeren Einflüssen gemeint ist. Sie haben dieses Verständnis, ohne dass man es in geschwurbelte Wörter fassen muss (Systemgrenzen, ...) oder sollte, denn es verwirrt Schüler mehr als es ihnen hilft. Für einen Schüler ist es mehr oder weniger selbstverständlich, dass mit "Arbeit verrichten" etwas gemeint ist, was ein Mensch mit seinen Muskeln oder allenfalls eine Maschine macht. Er würde das, was ein Ding macht, wenn man es sich selbst überlässt, nicht als Arbeit ansehen.

Daher würde ich folgende Gliederung für einen einführenden Abschnitt im Hauptteil vorschlagen:

Zusammenhang von Arbeit und Energie
  1. (elementar:) Arbeit an einem Körper (ohne Betrachtung der Systemgrenzen)
    1. Ohne sonstige Einflüsse gilt der Energieerhaltungssatz, d. h. die Summe aus Bewegungsenergie und Lageenergie ist konstant.
    2. Möchte man die (Gesamt-)Energie eines Körpers verändern, muss man Arbeit verrichten/zuführen/entziehen.
    3. Positive Arbeit bedeutet Anstieg der Gesamtenergie ("Energiezufuhr"), negative Arbeit bedeutet Sinken der Gesamtenergie ("Energieabgabe").
    4. Beispiele
      1. Beschleunigungsarbeit in der Horizontalen.
      2. Hubarbeit.
  2. (für Fortgeschrittene:) Arbeit an einem System
    1. Die Systemgrenzen müssen klar definiert werden. Kräfte zwischen Körpern die sich beide innerhalb der Systemgrenzen befinden (= Wechselwirkungen) heißen innere Kräfte, alle anderen Kräfte äußere Kräfte. (Anmerkung: Die potentielle Energie ist nur dann ein Teil der Gesamtenergie des Systems, wenn die zugehörige Kraft auch als innere Kraft aufgefasst wird. Strenggenommen ist dann die Gewichtskraft eine innere Kraft, die zwischen dem betrachteten Körper und der Erde wirkt. Das System umasst also den Körper und die Erde)
    2. Fall 1: Das System besteht aus einem Körper.
      1. Der Körper besitzt nur kinetische Energie.
      2. Jede Arbeit, die an diesem Körper verrichtet wird, verändert die kinetische Energie ("Arbeitssatz")
    3. Fall 2: Das System besteht aus mehreren Körpern.
      1. Zur kinetischen Energie kommt die potentielle Energie hinzu, die mit den inneren Kräften zusammen hängt ().
      2. Die Arbeit äußerer Kräfte verändert die Gesamtenergie des Systems.
      3. Die Arbeit innerer Kräfte beeinflusst die Gesamtenergie nicht. Die "innere Arbeit" entspricht der Änderung der potentiellen Energie.
      4. Beispiele
        1. Senkrechter Wurf
      5. (Anmerkung:) In der Schule wird mit "Arbeit" oft nur die Arbeit äußerer Kräfte gemeint. Um Verwechslungen zu vermeiden, heißt die Arbeit innerer Kräfte in der Schule meist "Energieumwandlung", weil sie keinen Beitrag zur Gesamtenergie leisten, sondern nur kinetische und potentielle Energie ineinander überführt.
  3. Nicht-konservative Kräfte / Dissipation

(Bitte beachten: Das soll kein Formulierungsvorschlag für die Absatzüberschriften sein. Ich möchte damit nur für die Diskussion klar machen, wie ich den Inhalt aufteilen und entwickeln würde). --Pyrrhocorax (Diskussion) 10:14, 4. Mai 2021 (CEST)

Das klingt schon mal sehr gut, wir sollten es zur Grundlage machen. Die Einleitung allerdingsn habe ich doch dem (meinem) erreichten Diskussionsstand bzw. Problembewusstssein angepasst. --Bleckneuhaus (Diskussion) 18:04, 4. Mai 2021 (CEST)

@Pyrrhocorax, bist Du schon am Formulieren? Wo kann ich mich da möglichst hilfreich nützlich machen? --Bleckneuhaus (Diskussion) 12:28, 6. Mai 2021 (CEST)

Ja, ich bin hier am Basteln. --Pyrrhocorax (Diskussion) 15:14, 6. Mai 2021 (CEST)

Revert vom 5. Mai

Ich habe drei Bearbeitungen zurückgesetzt und will das gerne begründen:

  1. „die auf ein Objekt so einwirkt, dass es einen Weg zurücklegt“ beinhaltet, dass die Kraft Ursache dafür ist, dass der Weg zurückgelegt ist. Das passt beim freien Fall, nicht aber in der Steigphase des senkrechten Wurfs.
  2. Unten bei der Formel heißt es Strecke, dann sollte auch oben bald diese Bezeichnung verwendet werden.
  3. „Das heißt, dass umso mehr Arbeit verrichtet wird, je länger die Strecke ist. Es bedeutet aber auch, dass gar keine Arbeit verrichtet wird, wenn kein Weg zurückgelegt wird, wie stark die einwirkende Kraft auch sein mag (in diesem Punkt weicht die physikalische Definition von unserem Alltagsverständnis des Wortes ab)“ - ich ahne ja, was gesagt werden soll, aber der Fall s=0 ist doch kein Problem mit dem Alltagsverständnis: Dass der Tisch keine Arbeit verrichtet, weil ein schwerer Koffer auf ihm liegt, das wundert nicht. Wenn, dann geht es doch eher um den waagerecht getragenen Koffer, für dessen Transport man keine Arbeit aufwendet.

Wenn Diskussionsbedarf besteht oder ich etwas übersehen habe: Gerne mehr... Kein Einstein (Diskussion) 08:33, 5. Mai 2021 (CEST)

Feynman verwendet zwei Seiten in seinen Lectures auf das Problem des Widerspruches zum Alltagsverständnis. Es ist z.B. nicht so trivial, dass jemand, der 10 Minuten lang einen Bierkasten einen Meter hochhält damit keine Arbeit verrichet, solange der Bierkasten sich nicht bewegt. Beim senkrechten Wurf beschleunigt die Gravitation den Körper in der Steigphase relativ zur Erde negativ - sie ist die Ursache für die Änderung des Bewegungszustandes und die Strecke s endet, wenn der Körper aufschlägt. Die Formel sagt es halt: W=F*0=0. TiHa (Diskussion) 08:44, 5. Mai 2021 (CEST)
Dass der physikalische sich vom Alltagsbegriff unterscheidet, ist natürlich richtig, und auch eines meiner Lieblingsthemen und sollte sicher hier angesprochen werden. Aber dann auch korrekt formuliert, und ob in der Einleitung oder später, das muss man noch sehen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 11:54, 5. Mai 2021 (CEST)
Die Intro ist zu lang und für OMA schwer verständlich. Das Beispiel Bierkasten in der Disk könnte die Vermutung aufkommen lassen, auch beim (langsamen) hochziehen des Bierkastens würde keine Arbeit verrichtet, denn auch da ist die Kräftesumme Null. Die Gravition fügt dem fallenden Körper keine Energie zu (aus potentieller Energie wird kinetische Energie). Diese Betrachtungsweise dass die Gravitation Arbeit verrichtet dient doch nur dazu die Energieerhaltung z.B. bei der schiefen Ebene zu erläutern. Das Halten des Bierkastens ist imo keine Alltagsbedeutung für Arbeit.--Wruedt (Diskussion) 13:26, 5. Mai 2021 (CEST)
Das Thema "Summe kin./pot. Energie" haben wir hier schon mehrmals besprochen. Die Energiebilanz bzw die pot. Energie spielt keine Rolle, wenn der Körper, der durch die Gravitation beschleunigt wurde und mit einer bestimmten kin. Energie aufschlägt, dann rummst es halt, je nach Fallhöhe. Der Begriff der Arbeit bezieht sich nur auf die kinetische Energie, nämlich darauf, dass eine Masse einen bestimmten Weg entlang beschleunigt wird, W = Fs, sodass sich die Geschwindigkeit der Masse ändert.
Das Beispiel mit dem Bierkasten hab ich schon oft gehört. Es geht auch: "Wenn man einen Wagen ziehen möchte, der festgebunden ist, mag die Kraft, die man aufwendet, so schweißtreibend sein, wie sie will, solange sich der Wagen nicht bewegt, hat man auch keine physikalische Arbeit verrichtet." - Und klar, das ist kontraintuitiv, aber es ist halt so. TiHa (Diskussion) 17:58, 5. Mai 2021 (CEST)
Ok, bei der Hubarbeit zählt eigentlich nur die pot. Energie, ich sehe es ein. TiHa (Diskussion) 19:39, 5. Mai 2021 (CEST)

Manche Energieumwandlungen haben tatsächlich nichts mit Arbeit zu tun, zB der Wechsel zwischen magnetischer und elektrischer Feldenergie in der elektromagnetischen Welle. Aber dass die Schwerkraft beim Herunterfallen Beschleunigungsarbeit leistet, ist sogar bei tonangebenden Vertretern der W= \Delta E - Sichtweise zugestanden (Müller, Mechanik, Kap. 7.7, schon mehrfach zitiert). Das Gegenteil lässt sich an OMA wohl auch kaum vermitteln. - Kürzere Einleitung wäre gut. Aber soll sie nicht die wesentlichen Punkte alle benennen? --Bleckneuhaus (Diskussion) 15:19, 5. Mai 2021 (CEST)

Die Verwirrung ist vorprogrammiert. Wie man in Kraft erfährt ist dass vec F die Summe aller Kräfte ist. Beim Heben eines Bierkastens ist diese Null. Also könnte ein Schüler an Hand dieses Artikels behaupten die Arbeit beim Heben eines Bierkasten wäre Null. Da ist mir die Erklärung in LEIFI-Physik schon lieber: Arbeit = delta Energie. So eine simple Def sollte schon vorkommen. Dissipation wäre der nächste Schritt. Der Satz ob die potentielle oder kinetische Energie bei der Größe E mitgezählt werden soll, ist so unverständlich. Derartige Auslassungen gehören imo nicht in eine Intro.--Wruedt (Diskussion) 18:24, 5. Mai 2021 (CEST)
Wruedt, bitte keine unnötige Verwirrung. "vec F die Summe aller Kräfte "? Wo soll das denn in Kraft so stehen, wie Du es zitierst? Wenn, dann gilt es für die Kraft in Newton 2, zusammen mit der tatsächlich eintretenden Beschleunigung. - Wie das mit E_pot und E_kin bei Delta E = W + Q ist, muss in einem späteren Absatz natürlich noch erklärt werden. Z.Zt. ist dieser Hinweis wohl die einzige Möglichkeit, verzweifelten home-schooling-Vätern anzudeuten, wo die Schwierigkeiten oder sogar Widersprüche herkommen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:17, 5. Mai 2021 (CEST)
vec F = Summe aller Kräfte in der Intro von Kraft bei resultierender Kraft. Es sollte möglich sein eine einfache und doch richtige Erklärung beim Heben eines Bierkastens zu geben, den man auch zu zweit Heben kann. Dieser Vorgang ist quasi-statisch, die Beschleunigung kann guten Gewissens vernachläsigt werden. Delta E ist daher Delta E_pot.--Wruedt (Diskussion) 21:32, 5. Mai 2021 (CEST)
Ich habe daraufhin erstmal die Intro von Kraft verbessert. Und was Delta E ist, das hängt davon ab, wie man E definiert hat. Das ist in der Physik nicht in Erz gegossen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:48, 5. Mai 2021 (CEST)
Das Paradoxon bleibt, dass jemand auf die Idee kommt die Arbeit beim Heben eines Bierkastens wäre Null. Man kann nicht in einem Beispiel die Gewichtskraft Arbeit verrichten lassen (Kugel in Honig) und beim Bierkasten nicht. Man kann zwar beim Kugel-Beispiel die Umwandlung E_pot in Wärme als Arbeit der Gewichtskraft interpretieren aber versteht man das auf Schulniveau. Was man verstehen könnte ist dass die äußere Kraft auf die es hier ankommt Energiearten verändern kann (E_pot, E_kin, E_Wärme). Für eine Intro find ich den Text immer noch zu lang und schwer verdaulich. Die größte Verwirrung stiftet der Satz: "Dabei muss genau festgelegt werden, ob neben der in der der Thermodynamik definierten inneren Energie U weitere Energieformen, wie z. B. kinetische und potentielle Energie des Systems, bei der Größe E mitgezählt werden sollen." Das soll wohl auf die Kugel im Honig gemünzt sein, wo man nicht sowohl die Gewichtskraft Arbeit verrichten lassen kann, und dann auch noch E_pot reinwurschtelt. Warum schreibt man nicht eindeutig zumindest im mechanischen Fall E=E_pot+E_kin+Wärme. Und Arbeit kann jede dieser Energiearten ändern (delta E=W). Dann noch ein Beispiel wo statt der Tasse ein Körper gehoben, beschleunigt oder gegen eine Reibungskraft bewegt wird.--Wruedt (Diskussion) 12:09, 6. Mai 2021 (CEST)
Als erfahrener OMA-Leser möchte ich anmerken, dass man nicht versuchen sollte immer gleich alles auf einmal, möglichst in einem Satz loszuwerden. In der Physik werden ja meist Sachen auch unter bestimmten Grundannahmen erklärt, z.B. "unter Vernachlässigung der Reibung" etc. Z.B. bei der Herleitung der kin. Energie aus Arbeit. Das machen auch Leute, wie Feynman so. Vielleicht hilft das. TiHa (Diskussion) 06:13, 7. Mai 2021 (CEST)
Es geht nicht um das Heben sondern um das Halten - wo sich nichts bewegt, wird keine mech. Arbeit verrichtet. TiHa (Diskussion) 18:40, 5. Mai 2021 (CEST)

Nochmal Zu "Steigphase des senkrechten Wurfs": Die Beschleunigung ist da m.E. einfach nur umgekehrt, die Gravitation bewirkt permanent eine Beschleunigung und damit eine Änderung der kinetischen Energie. Sobald eine Kraft einen Bewegungszustand ändert, wird Arbeit verrichtet. TiHa (Diskussion) 18:34, 7. Mai 2021 (CEST)

in der Mechanik von einer Kraft aus, die auf ein Objekt einwirkt, während es einen Weg zurücklegt.

M.E. handelt es sich einfach um den Weg, der durch die Wirkung der Kraft zurückgelegt wird. während könnte ja so aufgefasst werden, dass das Objekt sich bereits bewegt, wenn die Kraft beginnt zu wirken. Das wäre auch möglich, ist aber mit F•s nicht ausdrückbar.
--Idohl (Diskussion) 18:53, 5. Mai 2021 (CEST)

Das siehst Du falsch, Arbeit kann sogar auf einem Weg gegen eine wirkende Kraft verrichtet werden. F•s wird ja auf den "einfachsten Fall" beschränkt angegeben, sonst muss man dann das Skalarprodukt nehmen. Und "während" sollte exakt so aufgefasst werden wie es da steht. --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:25, 5. Mai 2021 (CEST)
Vielleicht ausführlicher: Nach allem hier Gesagten und in der Schule Gelernten ist doch essentiell, dass die Kraft eine Ortsänderung (Wegstrecke) bewirkt. Die Kraft wirkt während der gesamten von ihr verursachten Ortsänderung. Das ist selbstverständlich. Verwirrlich ist hingegen, dass die Kraft auf ein Objekt wirke, WÄHREND dieses (irgend) einen (irgendwie inganggesetzten) Weg zuücklegt. Beachte bitte, dass ich mich nicht zu meiner Sicht der Mechanik äußere, sondern zu dem, wie das hier Geschriebene bei mir und vermutlich auch bei anderen Lesern (insb. omA) in Form von verwirrenden Äußerungen ankommt.
--Idohl (Diskussion) 12:06, 6. Mai 2021 (CEST)
Die Kraft "wirkt" immer, auch wenn daraus keine Änderungen des Universums hevorgehen - das ist leider so Sprachgebrauch, z.B. sagt man das auch, wenn sich Kräfte "aufheben", wenn eigentlich nichts passiert. Arbeit beginnt aber erst dann, wenn Kräfte etwas verändern, z.B. etwas in Bewegung versetzen. Deshalb ist dieses "während" m.E. im Prinzip richtig. Man sollte aber lieber davon sprechen, dass Arbeit durch eine Kraft verrichtet wird, wenn sie etwas bewegt. TiHa (Diskussion) 15:31, 7. Mai 2021 (CEST)
Also doch besser, nicht während zu schreiben? Steht ja längstens auch nicht mehr geschrieben!
--Idohl (Diskussion) 13:19, 8. Mai 2021 (CEST)

Arbeit = Kraft mal Weg

Mir als OMA-Leser ist es jedenfalls direkt einleuchtend, dass Arbeit eine Kraft ist, die etwas bewegt, ein "Werk" verrichtet. Ich lese W = Fs als "Mechanische Arbeit wird verrichtet, wenn eine Kraft eine Masse bewegt." - es gibt nichts Selbstverständlicheres, finde ich. Das ist das alltägliche beobachtbare Naturphänomen, das diese Formel mathematisch beschreibt. Es beinhaltet m.E. bereits das Problem der gerichteten Kräfte, denn das "wenn" schließt schon Kräfte aus, die z.B. rechtwinklig zum Weg stehen, denn da tragen sie ja nichts zur Bewegung in Richtung des Weges bei. Es ist m.E. nicht nötig, sofort über nicht-konstante Kräfte oder nichtgeradlinige Wege zu sprechen, weil diese simple Alltagsintuition auch da immer stimmt. Ich finde, es ist unter diesem Gesichtspunkt auch richtig, mit dem Satz zu beginnen und die Formeln dann nachzusetzen, eben mit den Einschränkungen konst.Kraft etc..
"Werk": Ich lese gerade Max Plancks Abhandlung "Das Princip der Erhaltung der Energie...". Der historische Teil ist sehr informativ und inspirierend, z.B. wie sie versucht haben, die passendsten Wörter zu finden. TiHa (Diskussion) 06:44, 7. Mai 2021 (CEST)

"Strecke" ist tatsächlich besser, denn als geometrischer Ausdruck ist das immer ein geradliniger Weg. TiHa (Diskussion) 07:15, 7. Mai 2021 (CEST)

Arbeit kann in einer Energieform gespeichert werden. Das kann auch Wärme sein (s. Fahrradpumpe) Das ist auch sie allgemeinste Definition delta E=W. Sonst gäbe es keine Pump- oder Schwungradspeicher und auch den umgekehrten Vorgang nicht, dass man in einer Arbeitsmaschine Energie verbraucht.--Wruedt (Diskussion) 10:18, 7. Mai 2021 (CEST)
E=W besagt aber nicht, dass Arbeit dasselbe ist wie Energie, sondern nur dass es in der selben Einheit gemessen wird und die Beträge in Bezug auf die Energieerhaltung evtl. equivalent sind. Nach meinem (unmaßgeblichen) Verständnis ist Arbeit eine Prozsessgröße und Energie eine Zustandsgröße. Der Prozess der Arbeit setzt Energie um, sozusagen. Mechanisiche Arbeit wird aber nur über die Bewegung bzw. kinetische Energie definiert. Abgesehen davon stimmt es auch für Wärme, da es sich dabei um ein makroskopisches Phänomen handelt, das mikroskopisch mechanisch erklärt wird (statistische Mechanik, heißt das glaub ich). TiHa (Diskussion) 11:28, 7. Mai 2021 (CEST)

Das größte Problem dieser Intro ist, dass sie ohne einen einzigen ref auskommt. Da wäre schon mal einer der den Zusammenhang Arbeit und Energie beschreibt. Weitere sollen sich finden lassen.--Wruedt (Diskussion) 15:44, 7. Mai 2021 (CEST)

Die Literaturbelege sind nicht das Problem, denn die lassen sich jederzeit finden. Es hat sich in der ausufernden Diskussion hier herauskristallisiert, dass es verschiedene Verwendungen für den Arbeitsbegriff gibt. Diese Verwendungen überlappen sich in weiten teilen (sie sind also nicht wirklich verschieden), sie sind aber auch nicht kongruent. Ich weiß, dass Du Benutzer:Wruedt nicht die gesamte Diskussion verfolgt hast. Deshalb ist es gar kein Wunder, dass Du hier einen Faden wieder aufgreifst, der schon einige Bildschirmseiten mit Text füllt. Kurz gesagt ist es so: Wenn man Arbeit als von außen zugeführte Energie ansieht, dann muss man die Pille schlucken, dass dieselbe Formel auf innere Kräfte angewandt keine Arbeit ausspuckt. Das ist die Vorgehensweise der Schule und (wenn ich Dich richtig verstehe) auch Deine. Wenn man hingegen sagt, dass alles, was sich nach W=Fs berechnet "Arbeit" heißt, dann bedeutet dass, dass die Arbeit innerer Kräfte keinen Beitrag zur Energie liefert, die Arbeit äußerer Kräfte aber schon. Diese Sichtweise wird in der Hochschulphysik gepflegt. --Pyrrhocorax (Diskussion) 16:06, 7. Mai 2021 (CEST)
Die Quelle definert auch Arbeit gar nicht, sie setzt den Begriff schon voraus. Es geht ja auch erstmal darum, Arbeit selbst als elmentares Naturphänomen zu beschreiben, und nicht gleich darum, womit Arbeit alles im Zusammenhang steht. Arbeit ist schlicht erstmal das, was eine Kraft macht, die nicht einfach nur da ist, sondern auch etwas tut. TiHa (Diskussion) 16:33, 7. Mai 2021 (CEST)
Meine Kritik bezog sich darauf, dass keine der Kernaussagen durch ref's belegt sind. Szabó kommt lediglich im historischen Teil vor. Wie Arbeit zumindest mechanisch definiert ist, dazu müssten sich problemlos ref's finden lassen. Weitere ref's werden benötigt Energie und Arbeit in Zus.hang zu bringen oder gegebenenfalls abzugrenzen. Intro, #Einführung, #Definition ohne einen einzigen ref hätte eigentlich den Quellen-Bäpper verdient. Die vagen Hinweise auf die innere Energie sind unverständlich. Warum wohl gibt's hier eine Riesendiskussion um den simplen Zusammenhang: W=int F ds?--Wruedt (Diskussion) 16:51, 7. Mai 2021 (CEST)
Volle Zustimmung! ;-) TiHa (Diskussion) 17:03, 7. Mai 2021 (CEST)

Muss man denn alles so kompliziert ausdrücken. "Falls hingegen die durch Arbeit empfangene Energie sich ungeordnet im System verteilt, wird Entropie neu gebildet, und man spricht von Dissipation." Wer denkt bei so einem Satz an einen Stoßdämpfer. IMO gehören solche unscharfen Formulierungen nicht in die Intro zum Lemma. Zur Entropie gibt's bestimmt einen eigenen Artikel. In der Intro steht richtig: delta E=W. Das kann man auch so formulieren, das es jeder versteht. Auch zur inneren Energie wird zu viel nur angedeutet, ohne dass das für's Lemma besonders wichtig wäre. Die innere Energie eines ungedämpften Oszillators kann man ausrechnen, wenn man die Parameter kennt. Damit kennt man auch die Arbeit die erforderlich ist diese Schwingung in Gang zu setzen. Niemand muss hier W=F*s bemühen. Das ist in anderen Diszipline bestimmt nicht anders. Also gibt's auch keinen Unterschied in der Begriffsbildung. Falls doch gehört das in die Definition mit entsprechenden ref's und Beispielen. Der Artikel ist in der Form zumindest was die Allgemeinverständlichkeit angeht überarbeitungsbedürftig.--Wruedt (Diskussion) 10:01, 8. Mai 2021 (CEST)

Der Artikel ist sicher sehr überarbeitungsbedürftig, und da ist einiges mehr zu verbessern als in Wruedts letzten Änderungen zu sehen. Mehrere Leute brüten mW schon über neuen Fassungen. Wer sehen will, was ich so denke, sehe auf Benutzer:Bleckneuhaus/Sandkasten nach. Mein Ziel dabei ist u.a. (ohne Rangfolge): Einleitung kürzen (auf schwierige Begriffe höchstens hinweisen) und den Wirrwarr um 2 Definitionen entschärfen (nicht vergessen, dass sich dabei schon mal wahr und falsch verdrehen konnten, s.o. zum freien Fall). --Bleckneuhaus (Diskussion) 11:04, 8. Mai 2021 (CEST)
OK. Wollte mit kleinen Änderungen keine weiteren Grundsatzdebatten und ev. reverts auslösen. Komplett neue Fassungen bergen immer das Risiko, dass sie erneut in Frage gestellt werden.--Wruedt (Diskussion) 12:17, 8. Mai 2021 (CEST)

“Bei sorgfältiger Formulierung stimmen beide Betrachtungsweisen im Ergebnis überein.”

Wo ist diese sorgfältige Formulierung? Oder soll das Kind still sein und hinnehmen, dass schon stimmt, was Papa sagt?
--Idohl (Diskussion) 13:07, 8. Mai 2021 (CEST)

Es ist glaub ich so: Historisch wurde Arbeit als Kraft mal Weg definiert und der Energie-Begriff daraus abgeleitet (Energie hieß noch u.a. "lebendige Kraft" und Kraft "tote Kraft"). Nachdem man im 19.Jhd. zunächst "Arbeitsäquivalente" für Wäremkraft und andere Kräfte suchte, entstand ein allgemeinerer Energiebegriff und der Energieerhaltungssatz, der Energie als etwas der Materie ähnlich Unzerstörbares postulierte (seit Einstein weiß man, dass Materie und Energie ineinander umgewandelt werden können). Der Energieerhaltungssatz definierte damit in gewissem Sinne neu, was Energie ist. Er ist gar nicht mehr von der Arbeits-Definition abhängig. Man kann mechanische Arbeit nun aber als eine Erhaltungsgröße daraus ableiten. In vielen Anwendungen ist es einfacher von der Energieerhaltung auszugehen, m.E. z.B. beim elastischen Stoß, wo man gar nicht nach Kräften fragt, sondern aus den Anfangsimpulsen die resultierenden Impulse über die Energieerahltung ausrechnent. Der Begriff der mechanischen Arbeit ist aber komplett unabhängig von der Energieerhaltung und würde auch gelten, wenn sie nicht gelten würde, denn man kann Arbeit im ursprünglich definierten Sinn experimentell belegen. Die Formeln modellieren einen Teil der Wirklichkeit recht gut, auch wenn man gar nicht nach Energieübertragung fragt. Mathematisch spielt es letztlich keine Rolle, ob da steht "a=b" oder "b=a". Für die Anschaulichkeit spielt es aber oft eine große Rolle und da gibt es auf Grund der vielen Anwendungsbereiche evtl. kein Richtig und Falsch.TiHa (Diskussion) 13:52, 8. Mai 2021 (CEST)
Habt Ihr Zugang zu Rainer Müller, Klassische Mechanik Vom Weitsprung zum Marsflug, Kap. 7 -Energieerhaltung? Da stehts ab S. 190, wie man den freien Fall formulieren muss - äußerst sorgsam! In den Artikel, wenn wir denn mal so weit kämen, muss das noch eingebaut werden. In meinem Sandkasten bin ich nicht mehr weit davon weg. Kurz gesagt: man muss das System "fallender Körper" so definieren, dass er keine potentielle Energie hat, damit die Schwerkraft eine äußere Kraft auf dies System ist. Klingt künstlich? Ja, eben. --Bleckneuhaus (Diskussion) 14:14, 8. Mai 2021 (CEST)
Danke für den Tipp, habs mir als Kindle (für PC, zweite Auflage, dort ab S.162) geholt. So beschreibt es im Prinzip Max Planck 1887, aus dem ich das obige auch größtenteils entnommen habe (siehe II. Abschnitt, "Formulierung und Beweis"). Leider benützt Müller dann gegen Ende des Kapitels eine Redeweise, die die Anschaulichkeit wieder etwas vernebelt, nämlich wenn er von "dem System zugeführter Arbeit" spricht. Zugeführt wird m.E. Energie, Arbeit wird verrichtet und sie verrichtet eben diese Zuführung von Energie. Ich will da nicht kleinlich Wörter auf die Goldwaage legen, aber ich befürchte, dass aus solchen begrifflichen Unschärfen dann die Missverständnisse entstehen. Scheint aber ein gutes Buch zu sein, werd's wohl behalten :-) TiHa (Diskussion) 15:05, 8. Mai 2021 (CEST)

Warum wirft man den ausgerechnet den ref Assmann raus, der den Energietransfer. Was ist falsch an dem Satz, dass man das auskommentieren muss?--Wruedt (Diskussion) 16:41, 8. Mai 2021 (CEST)

Ich nehme an, dass Du damit diese Bearbeitung durch mich meinst. Nein, der Satz ist nicht falsch. Aber erstens wollte ich das an anderer Stelle erklären (siehe aktueller Stand der Einleitung). Zweitens gibt es verschiedene Interpretationen des Arbeitsbegriffs. Es gibt die eine Fraktion, die Arbeit als Energietransfer ansieht. Dazu gehören in dieser Diskussion vor allem Du, [[Benutzer: Kein Einstein] und ich. Die andere Fraktion (beispielsweise vertreten durch Benutzer:Bleckneuhaus, Benutzer:ArchibaldWagner und Benutzer:TiHa) sieht in Arbeit zunächst nur eine Rechengröße, die sich aus Kraft mal Weg ergibt. Indem Du Deine Sichtweise (die ich wohlgemerkt teile) ganz prominent und dogmatisch an den Anfang stellst, rufst Du den Widerspruch der anderen Fraktion hervor. Die Synthese (im dialektischen Sinne) wird darin bestehen, dass man Arbeit als Energietransfer aus der reinen Rechengröße ableitet. --Pyrrhocorax (Diskussion) 17:51, 8. Mai 2021 (CEST)

So stimmt's jedenfalls nicht. Auch in der Mechanik ist delta E=W+Q. Q im einfachsten Fall z.B Verlustwärme. Energie ist gespeicherte Arbeit, deshalb ist die Formulierung bei Müller vollkommen richtig (Energie wird beim Tanken zugeführt). Das geht schon aus den namentlich bekannten Energiearten potentielle und kinetische Energie hervor. Beim Berghochfahren mit dem Fahrrad wird Arbeit in Form potentieller Energie gespeichert. Leider wird die beim Runterfahren nicht vollständig wiedergewonnen. Auch beim freien Fall ist es richtig die potentielle Energie wegzulassen, wenn man G als äußere Kraft ansieht. Sonst wär's doppelt gemoppelt (s. mein post zur Kugel in Honig). Die Änderungsfrequenz in letzter Zeit hat nicht zur Verbesserung beigetragen. Das Gebot der Allgemeinverständlichkeit erfordert es nicht nur vage Formulierungen auszubreiten, sondern diese an konkreten Beispielen zu verdeutlichen (Schwungradspeicher, Pumpspeicherwerk) und mit ref's zu belegen. Warum wartet man nicht den Sandkastenentwurf ab,.--Wruedt (Diskussion) 17:31, 8. Mai 2021 (CEST)

"Beim Berghochfahren mit dem Fahrrad wird Arbeit in Form potentieller Energie gespeichert." Das ist m.E. Jargon. Der physikalische Ausdruck für "Berghochfahren" ist die Arbeit - sonst könnest du das Wort Arbeit aus dem Satz auch streichen. Arbeit ist der Prozess, dessen Ergebnis eine neue Energieverteilung ist. Energie ist ein Zustand, Arbeit ist eine Wirkung von Kräften.
Aber wie auch immer man es nennt oder umschreibt: Arbeit und Energie sind doch zwei verschiedene Dinge, sonst bräuchten wir nicht zwei Lemmas, oder? Kann bitt mal einer von Euch Fachleuten den Unterschied erklären? TiHa (Diskussion) 17:49, 8. Mai 2021 (CEST)
(nach BK:) Ich verstehe Deine Argumente weitgehend, doch solltest auch Du vorsichtig sein. In der Mechanik gibt es die Formel nicht, denn Wärme ist keine mechanische Größe. Verlustwärme tritt in der Mechanik am ehesten als Verlustarbeit auf (Stichwort Dissipation, dann . "Energie ist gespeicherte Arbeit" ist zwar plakativ, aber letztlich nicht korrekt, weil Arbeit eine Prozessgröße ist und deshalb nicht gespeichert werden kann. Was die Refs anbetrifft: Klar, aber schau Dich mal um: Auch in den anderen Artikeln über physikalische Größen wird selten in der Einleitung eine Aussage belegt, die in den allermeisten Physik-Büchern steht und inzwischen als Allgemeingut angesehen werden kann. --Pyrrhocorax (Diskussion) 17:50, 8. Mai 2021 (CEST)
Die Auslegung von Mechanik ist nicht so eng zu sehen. Gemeint ist Technische Mechanik und da gibt's die Gleichung delta E = W+Q schon (s. Assmann Gl. 8-14). Schließlich hat man immer Verluste oder muss Arbeitsmaschinen betrachten. Die Frage ist doch was als delta E zu betrachten ist. Das wäre hier die Änderung von z.B. potentieller, kinetischer und Formänderungsenergie (weil das in Assmann naheu wörtlich so drin steht, bin ich so frei diese wesentliche Aussage mit ref wieder einzubauen). Deshalb ist Energie auch gespeicherte Arbeit minus Verluste. Wenn man Arbeit nicht speichern könnte gäb's keine Pumpspeicherwerke, ...Man käme beim Auto auch fast ohne Bremsen aus, da die Arbeit beim Antrieb nicht in Form kinetischer Energie gespeichert würde.--Wruedt (Diskussion) 18:17, 8. Mai 2021 (CEST)
Die Formel hat in der phänomenologischen Thermodynamik verschiedene Funktionen, ich berufe mich da auf G. Ludwig: 1. Dient sie mit zur Definition der inneren Energie , 2. Dient sie der Definition der Wärme . 3. Ist sie tatsächlich eine Aussage über Beobachtungen, nämlich bei bestimmten Fragestellung im Zusammenhang von Kontakten von Systemen (wird nur leider meist nicht klar dargestellt). Von der Phänomenologie her gesehen kann die Formel also nicht zur Definition der Arbeit benutzt werden. Es ist umgekehrt, die mechanische Arbeit wird benutzt, um die Energie in die Thermodynamik zu übertragen! – Die Sache kann anders werden, wenn man grundsätzlich von einem statistischen Modell der Materie ausgeht und die Energieverteilung über die Mikrozustände als gegeben ansieht (das ist ein anderer philososphischer Ansatz). Mit dem letzten Ansatz habe ich so meine Probleme, weil er für alle betrachteten makroskopischen Systeme eine stimmiges Modell aus Mikroobjekten mit den Energieniveaus als gegeben bzw. bestimmbar annimmt. Siehe aber auch die Festlegung der Temperatur als mittlere Energie pro Freiheitsgrad der Teilchen, damit bekommt auch der 0. Hauptsatz der Thermodynamik eine besondere Bedeutung beim Vgl. von Systemen. Der letzte Ansatz wird verständlich, wenn man die klass. Mechanik als Spezialisierung der Quantenmechanik ansieht. Die ganze Sache ist nur nicht ganz so einfach, wie häufig suggeriert wird, wenn man sich detailiert mit dem quantenmechanischen Messproblem auseinandersetzt, was G. Ludwig intensiv getan hat. ArchibaldWagner (Diskussion) 18:53, 8. Mai 2021 (CEST)
Was hat denn diese Disk noch mit dem Lemma zu tun. Was soll das rumreiten auf der inneren Energie. Die Arbeit innerer Kräfte ist Null zumindest in der TM. Was innen und außen ist lässt sich durch Systemgrenzen festlegen. Die letzte Änderung und deren Begründung ist spitzfindig. Was ist denn der Unterschied zwischen Spannarbeit speichert Energie in der Feder und die Spannarbeit wird in Form von potentieller Energie gespeichert. Wie auch immer so erfährt OMA dass die Arbeit nicht umsonst ist, sondern man kann sie zu einem späteren Zeitpunkt wieder zurückbekommen. Wenn die Disk nicht mehr konkrete Punkte in den Blick nimmt, sondern irgend wann bei der Qantenmechanik landet, sollte man entsprechende Klammerartikel Arbeit (Thermodymik), ... verfassen Der home-scooling geplagte Vater wird sich über all das nur wundern. Dass Arbeit was mit delta E zu tun zu tun hat scheint wenigstens unstrittig. Keine Ahnung waran es eigentlich hakt. Ist es die Definition von delta E. In der TM wäre die beim Tassenbeispiel mit Reibung Null, da sich ja weder die potentielle noch die kinetische Energie ändern. Schüler sollten sich imo eher an LEIFI-Physik halten. Diese Intro ist nicht OMA-tauglich. Erst weit hinten erfährt man was über das mechanische Wärmeäquivalent, was man auch eher hätte bringen kännen, statt sich über Entropie auszulassen.--Wruedt (Diskussion) 20:57, 8. Mai 2021 (CEST)
"Spannarbeit speichert Energie in der Feder" beschreibt Arbeit als Prozess, "die Spannarbeit wird in Form von potentieller Energie gespeichert" beschreibt Arbeit als einen speicherbaren Zustand. Was bedeutet denn "in Form von"? - das ist wohl einem Jargon geschuldet, der wohl das Richtige meint, aber auf Grund seiner Unschärfe Arbeit fälschlich mit Energie gleichsetzt. Es würde evtl. der Diskussion sehr helfen, wenn du mal deutlich machen würdest, was deiner Meinung nach der Unterschied zwischen Arbeit und Energie ist. TiHa (Diskussion) 21:22, 8. Mai 2021 (CEST)
Was soll denn die Frage. Wir reden nicht über E=m*c^2 oder wie viel Energie im Tank eines Autos steckt, sondern über das was alle in der Schule über den Energieerhaltungssatz gelernt haben und was in einschlägigen Büchern in den entsprechenden Kapiteln steht. Arbeit und Energie stehen auf unterschiedlichen Seiten derselben Gleichung ohne Propotionalitätsfaktor oder sonst was. Das eine kann immer in das andere gewandelt werden. Die kinetische Energie eines Autos kann durch Arbeit an der Bremsscheibe in Wärme umgewandelt oder bei E-Autos teilweise in elektrische Energie, oder gegen die Arbeit des Hangabtriebs in potentielle Energie. Arbeit geht also nicht einfach so verloren. Die Arbeit an einem Schwungrad erhöht dessen kinetische Energie (wird also in Form der kinetischen Energie dort gespeichert) und kann bei einem Bus zu einem späteren Zeitpunkt als Arbeit zum Bergauffahren genutzt werden. Arbeit und Energie haben also mehr gemeinsam als die Dimension, sonst müsste man sich ernsthaft die Frage stellen, was ist der Unterschied zu einem Drehmoment. Statt einem einfachen Beispiel lässt sich die Intro über Dampfmaschine und Entropie aus. Das hätte den Verständlichkeits-Bäpper verdient, wenn man dann noch berücksichtigt in welcher Schulstufe die Begriffe Arbeit und Energieerhaltung eingeführt werden.--Wruedt (Diskussion) 09:32, 9. Mai 2021 (CEST)
Oft wird Arbeit als Energietransfer eingeführt. Ich hatte dies am Anfang etwas voreilig kritisiert, weil ja der Energiebegriff aus der Arbeit hergeleitet wird und es dann zikulär ist, wenn man Arbeit sozusagen mit sich selbst erklärt. Als OmA-Leser versuche ich mir eben einen Sinn von dem zu machen, was da steht und leider bleibt da vieles unklar (Wikipedia ist oft unklar, was evtl daran liegt, dass zehn Autoren zehn rote Fäden spinnen). Leicht gesagt, dass ich es einfach nicht verstehe, aber hier sind sich ja offensichtlich Fachleute selbst nicht klar, was sie meinen. Vermutlich haben alle weitestgehend recht, nur schaffen sie es nicht, klar zu formulieren, was Sache ist. Viel Sinn macht für mich die Unterscheidung von der Zustandsgröße Energie und der Prozessgröße Arbeit. Ein System hat eine bestimmte Energieverteilung als Zustand u.U. über eine lange Zeit, z.B. ein sich geradlinig gleichförmig bewegendes Objekt. Arbeit wird dagegen verrichtet, wenn die Energieverteilung geändert wird, z.B. wenn das Objekt mit einem anderen Objekt kollidiert. Der Fokus auf die Energiebilanz (der unbestritten für die Lösung konkreter phys. Probleme oft der nützlichere Ansatz ist) verstellt den Blick dafür, dass diese Energieumverteilung nicht nur ein Ergebnis ist, , sondern auch irgendwann, irgendwie passieren muss - und eben das ist m.E. Arbeit, eine Kraft, die etwas verrichtet, . Arbeit ist ein leicht beobachtbares Naturphänomen, sogar ein recht anschauliches. Es sollte möglich sein, den Begriff so einzuführen, dass man vom ersten Satz an eine klare Vorstellung mitnehmen kann, was zumindest grundsätzlich gemeint ist. Ausdrücke wie "Es wird Arbeit übertragen" schicken mich in den Nebel. TiHa (Diskussion) 10:25, 9. Mai 2021 (CEST)

Kann's mir nicht verkneifen, mal den Versuch einer Synthese beizusteuern, die eigentlich nur eine Klärung von Begriffen ist. Sie verknüpft Arbeit und Energieerhaltung, ohne zirkulär zu sein:

(1) Physikalische Arbeit, Formelzeichen W, wird verrichtet, wenn ein System unter dem Einfluss einer physikalischen Kraft eine Veränderung erfährt. Der Betrag der verrichteten Arbeit wird Energie genannt, die Einheit ist das Joule. Vor dem Hintergrund des Energieerhaltungssatzes spricht man davon, dass bei der Verrichtung von Arbeit Energie umgewandelt bzw. übertragen werde und da diese Energie bereits vorhanden sein muss, sagt man auch, dass Energie die Fähigkeit sei, Arbeit zu verrichten.

TiHa (Diskussion) 17:58, 9. Mai 2021 (CEST)

Das geht so nicht:

  1. "Veränderung" ist sehr unpräzise. Gilt das für jede Art der Veränderung?
  2. Der Betrag der Arbeit wird nicht Energie genannt.
  3. "... spricht man davon ..." ist zu unpräzise.
  4. Ist Energieübertragung und Energieumwandlung dasselbe oder nicht? Falls nein: Worin besteht der Unterschied?
  5. Dass Energie die Fähigkeit sei, Arbeit zu verrichten, wird zwar oft so gesagt, weil es einen halbwegs leicht verständlichen Zugang zur Energie ermöglicht. Allerdings hat diese Sprechweise ihre Tücken. Ein kg flüssiges Wasser besitzt bei 0°C definitiv mehr Energie als ein kg Eis bei derselben Temperatur. Es ist aber nicht klar, wieso das flüssige Wasser über "Arbeitsfähigkeit" verfügen solle.

Sorry, aber mit halbgaren Vermutungen und Vorurteilen ist hier dem Artikel leider nicht geholfen. --Pyrrhocorax (Diskussion) 18:17, 9. Mai 2021 (CEST)

  1. Ja, jede Veränderung, die durch eine Kraft bewirkt wird. Kraft kann auch "wirken", ohne etwas zu verändern, nämlich wenn sich Kräfte gegenseitig aufheben, dann sprechen wir dennoch davon, dass sie "wirken". Solange sich aber nichts am System ändert, also wenn s=0 ist, wird keine Arbeit verrichtet. Natürlich kann ein System durch geradlinig gleichförmige Bewegung seine Position ändern, da wirkt dann aber keine Kraft.
  2. Der Betrag (oder nenn es "Quantität") der Arbeit wird als Energie gemessen und dieser Betrag ist ursprünglich dass, was man Energie nennt, Energie wird ja so aus der Arbeit abgeleitet, etwa nicht? so verstehe ich Paul Wagner, Uni Wien
  3. Es ist üblich davon zu sprechen, dass man so und so spricht, denn eine Formel lässt sich oft auf verschiedene Weise interpretieren. Meinetwegen spricht man dann auch von "gespeicherter Arbeit", damit verschleiert man aber m.E. den Prozesscharakter.
  4. Energieübertragung und Energieumwandlung sind nicht notwendig dasselbe, ich hab es aber unklar ausgedrückt. Was ich mit "übertragen" meine ist besser ausgedrückt, dass Arbeit dem System Energie zufügt. Dass dies eine Energieumwandlung ist, folgt erst aus dem Energieerhaltungssatz, ist aber für die Def. von Arbeit zunächst nicht erforderlich.
  5. Das kommt auf die Wahl des Systems an. 0 °C können verhältnismäßig heiß sein. TiHa (Diskussion) 19:06, 9. Mai 2021 (CEST)
Ich halt von dem Vorschlag auch nichts. Es geht weder um den Betrag der Arbeit (die kann positiv und negativ sein) noch um die Behauptung dieser Betrag würde Energie genannt. Das ist TF. Arbeit erhöht oder erniedrigt die Energie (delta E). Wir sollten auch in WP nicht schreiben wovon man spricht, sondern sagen was ist belegt durch ref's. Die Verallgemeinerung auf M*phi fehlt auch. Statt sich ständig neue Prosa auszudenken wär's mal an der Zeit das zu schreiben, was die Welt draussen (Schulbücher, TM-Bücher, Pysikbücher) zu dem Thema sagen. In meinem Dorn-Physikbuch S. 29 steht z.B. wörtlich: "Energie ist gespeicherte Arbeit. Diese Arbeit kann aus der Energie wieder gewonnen werden". Die Uhr als Beispiel mit der Spannenergie der Feder kommt vor diesem Satz--Wruedt (Diskussion) 18:32, 9. Mai 2021 (CEST)
Mit Betrag - das ist in mathem. Kontext natürlich falsch - hab ich die Quantität gemeint. TiHa (Diskussion) 19:15, 9. Mai 2021 (CEST)

Verbessert TiHa (Diskussion) 19:32, 9. Mai 2021 (CEST):

(2) Physikalische Arbeit, Formelzeichen W, wird verrichtet, wenn ein System unter dem Einfluss einer physikalischen Kraft eine Veränderung erfährt. Die verrichtete Arbeit wird in der Einheit der Energie gemessen, die Einheit ist das Joule. Man sagt, dass dem System durch die Verrichtung von Arbeit Energie zugefügt (oder entzogen) werde. Vor dem Hintergrund des Energieerhaltungssatzes spricht man davon, dass bei der Verrichtung von Arbeit Energie umgewandelt werde. Da diese Energie bereits vorhanden sein muss, sagt man auch, dass Energie die Fähigkeit sei, Arbeit zu verrichten.

Warum denn das Rumgedruckse. Magt sagt nicht nur dass Energie die Fähigkeit sei Arbeit zu verrichten. Das ist so! Mit der Windenergie wollen wir irgend wann unsere Fahrzeuge antreiben, ...--Wruedt (Diskussion) 20:03, 9. Mai 2021 (CEST)

Ja, schon, aber "Fähigkeit" z.B. ist nu mal keine physikalische Größe, man sag es halt so. Wie wär's aber mit "daher ist Energie die Vorraussetzung dafür, dass Arbeit verrichtet werden kann" TiHa (Diskussion) 20:15, 9. Mai 2021 (CEST)
Man sollte mal in Energie schauen. Da sind die Zusamenhänge zwischen Energie und Arbeit wesentlich besser beschrieben. Im #Klassische Mechanik ist zu lesen: "In der klassischen Mechanik ist die Energie eines Systems seine Fähigkeit, Arbeit zu leisten. Die Arbeit wandelt Energie zwischen verschiedenen Energieformen um."
Was ist denn so schwer dran diese simple Tatsache WP-gerecht zu formulieren. Wenn das so weitergeht ist der Artikel überflüssig und es reicht eine Weiterleitung in einen Abschnitt von Energie. Das wär aber schad drum.
Formulierunsvorschläge müssen sich daran messen ob sie besser sind als das was hier oder in anderen Artikeln zu finden ist. Sie müssen auch den Stand der Literatur abbilden. Mein Dorn z.B. ist für die Mittelstufe des Gynasiums. Dort werden die Begriffe schon eingeführt und könnnen offensichtlich verstanden werden. Energie --> Arbeit ist auch keine Einbahnstraße, sondern Arbeit kann in Energie umgewandelt werden, z.B. wird Arbeit an der Bremsscheibe entweder in Wärme oder auch elektrische gewandelt.--Wruedt (Diskussion) 20:29, 9. Mai 2021 (CEST)
Verständliche Kritik. Darauf zielte ja meine Frage nach dem Unterschied zw. Arbeit und Energie auch ab. Arbeit wird aber z.B. im Schülerduden fast ohne Referenz auf Energie behandelt, Ich meine auch, dass Arbeit ein elmentareres Konzept als Energie ist und ohne Energieerhaltungssatz sinnvoll ist.
Arbeit an der Bremsscheibe wandelt mechanische Energie in Wärmeendergie um - nach meinem Verständnis. TiHa (Diskussion) 20:53, 9. Mai 2021 (CEST)

Verbesserung, Konjunktive etc raus. Dass "unter dem Einfluss einer physikalischen Kraft eine Veränderung erfährt" schließe ich aus Max Planck 1887, wo der Energiebegriff verallgemeinert wird, steht da aber nicht wörtlich so. TiHa (Diskussion) 20:53, 9. Mai 2021 (CEST)

(3) Physikalische Arbeit, Formelzeichen W, wird verrichtet, wenn ein System unter dem Einfluss einer physikalischen Kraft eine Veränderung erfährt. Die verrichtete Arbeit wird in der Einheit der Energie gemessen, die Einheit ist das Joule. Dem System wird dabei durch die Verrichtung von Arbeit Energie zugefügt (oder entzogen). Aus dem Energieerhaltungssatz ergibt sich, dass dabei Energie nur von einer Form in eine andere umgewandelt wird und daher Energie für die Verrichtung von Arbeit eine Voraussetzung ist.

etwas gefeilt, System-Begriff eliminiert, da eine verändernde Kraft m.E. immer Arbeit ist. TiHa (Diskussion) 07:31, 10. Mai 2021 (CEST)

(4) Physikalische Arbeit, Formelzeichen W, wird verrichtet, wenn ein physikalisches Objekt durch die Wirkung einer physikalischen Kraft eine Veränderung erfährt. Die verrichtete Arbeit wird in Joule, der Einheit der Energie gemessen. Dem Objekt wird durch die Verrichtung von Arbeit Energie zugeführt (oder entzogen). Da nach dem Energieerhaltungssatz Energie nicht erzeugt sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann ist Energie für die Verrichtung von Arbeit eine Voraussetzung. Man Spricht daher davon, dass durch Arbeit Energie übertragen wird.

Deine letzte Form finde ich eigentlich gar nicht schlecht. Allerdings störe ich mich immer noch an dem Wort "Veränderung". Das ist mir zu schwammig. Du hast geschrieben, dass Du es nicht wörtlich von Planck übernommen hast. Wie lautet denn das wörtliche Zitat? Übrigens: Der Satz "Da nach dem Energieerhaltungssatz Energie nicht erzeugt sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt werden kann ist Energie für die Verrichtung von Arbeit eine Voraussetzung." ist logisch nicht korrekt. Aus der Energieerhaltung folgt nicht, dass Energie für Arbeit erforderlich ist. Aus der Energieerhaltung folgt zunächst nur, dass eine Energieänderung eines Systems mit Energiezufuhr oder Energieabgabe (je nach Vorzeichen) verbunden ist. Es ist dann noch zu zeigen, dass die Energiezufuhr oder -abgabe identisch mit der Arbeit ist. Im thermodynamischen, nicht-adiabatischen Fall ist sie dies beispielsweise nicht. Das Hauptproblem mit Deinem Vorschlag ist allerdings ein anderes: Der Diskussionsstand ist doch ein anderer. Wenn ich mich richtig entsinne, soll die Arbeit als "Kraft × Weg" eingeführt werden. Die Beziehung zur Energie soll nachrangig behandelt werden. --Pyrrhocorax (Diskussion) 09:23, 10. Mai 2021 (CEST)

Benutzer:Bleckneuhaus/Sandkasten

Die Diskussion scheint mir sehr verfasert. Ich bezweifle, dass sie auf diesem Weg zu einem guten Ende führen wird. Statt weiter an Einzelheiten herumzufeilen, versuche ich deshalb einen neuen Entwurf, wie ich mir die Anlage des ganzen Artikels vorstellen könnte. Manche der Argumente und Anmerkungen in der bisherigen Diskussion sind darin aufgenommen, manches (noch) nicht, viele Einzelheiten fehlen (Lit. zB). Wenn Euch die Gesamtanlage in Benutzer:Bleckneuhaus/Sandkasten aussichtsreich erscheint, merkt bitte an, was noch fehlt und wo schlecht oder falsch formuliert ist.

Zu dem "Widerstreit der zwei Lager" ist ja anzumerken, dass dieser Kampf an den Unis jedenfalls ausgeblieben ist. Es liegt auch erst relativ kurz zurück, dass der rein mechanische Standpunkt durch die Änderung einiger Lehrpläne der Schulen im Süden ins Wanken gebracht wurde (neuerdings(?) auch in Brandenburg), und es wird wohl noch einige Jahre brauchen, bis das überall so gilt, allein in Deutschland. Wer weiß da mehr? Wir werden also beide Ansätze treu referieren und aufeinander beziehen müssen. Dafür könnte mein Entwurf einen geeigneten Rahmen geben. - Gruß an alle Mitstreiter*! --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:16, 8. Mai 2021 (CEST)

Zum aktuellen Stand der Schulphysik hatte ich ja ein wenig auf deine Didaktik-Connections gehofft. Ich werde da ab Herbst vielleicht auch ein wenig Bundes-Perspektive beisteuern können, aber ACH fehlt ganz. Kein Einstein (Diskussion) 23:05, 8. Mai 2021 (CEST)
Wer oder was ist ACH? ArchibaldWagner (Diskussion) 11:26, 9. Mai 2021 (CEST)
Das, was von DACH übrig bleibt, wenn man D abgedeckt hat. Kein Einstein (Diskussion) 11:57, 9. Mai 2021 (CEST)

Ich finde, dass Du Benutzer:Bleckneuhaus in Deinem Sandkasten die Dichotomie der beiden Ansätze zu sehr betonst. Ich würde eher das Gemeinsame betonen. Also nicht: "Entweder Kraft × Weg oder Arbeit = Energiezufuhr", sondern "Def.: Kraft × Weg ⇒ neue Größe: Energie ⇒ Erhaltungsgröße, falls keine Arbeit äußerer Kräfte, sonst: Arbeit = Energiezufuhr". Ansonsten, was die Details anbetrifft, schätze ich Deine Arbeit natürlich wie immer sehr. --Pyrrhocorax (Diskussion) 17:22, 9. Mai 2021 (CEST)

Auch der Sandkastenentwurf ist noch zu speziell, denn er schließt die Verformungsarbeit zunächst aus. Didaktisch logischer wäre doch ersst an einem einfachen Beispiel (Koffer heben z.B.) zunächst den Begriff Arbeit als F*s einzuführen und ihn mit der Energie in Beziehung zu setzen. Dann kommt eigentlich fast automatisch der Energieerhaltungssatz und die goldene Regel der Mechanik. Dann könnte man den einfachen Fall noch erweitern, so wie das auch in der Schule mit der Reibung gemacht wird.
Der Versuch von vorn herein und das möglichst in 1 oder 2 Sätzen den allgemeinen Fall samt Thermodynamik reinzuwurschteln ist imo zum Scheitern verurteilt. Das zeigt auch die Disk. Wenn es einen solchen Zugang gäbe, müsste der sich in einem Fachbuch finden lassen. Wir sollten uns keine neuen Erklärungsmuster ausdenken. Statt Prosa wären konkrete Beispiele für die Begriffsverwendung in der Mechanik bzw. Thermodynamik natürlich hilfreich. Ich hoff da auf deinen Überblick bei Schul- und Physikdidaktik.--Wruedt (Diskussion) 09:29, 10. Mai 2021 (CEST)
AW: Verformungsarbeit fehlte, ist jetzt mit dabei. Die Erhaltung der mechanischen Energie gilt ja in Der MEchanik nicht allgemein, hat bei der Begriffsbildung der mechanischen Arbeit also logisch nichts zu suchen. Der richtige Zusammenhang "... Energie umgesetzt ..." steht schon im 2. Absatz der Einleitung,auf meinem Bildschirm also in der 4. Zeile. Ist das nicht früh genug? Auf didaktisch geeignete Einführung kommt es mir sehr an, aber ein Schulbuch brauchen wir hier nicht zu schreiben. Den Abschnitt zur allg. mechanischen Formel erweitere ich gerade zwecks überdeutlicher Klarheit. Lehrbücher enthalten sehr wohl beide Begriffszugänge gleichzeitig, nämlich verstreut über die Kapitel Mechanik und Wärmelehre (wenn beide vorhanden). Ich sehe es für WP als legitim an, da die herrschende Ordnung zu beschreiben, und dabei ist klare Ansprache der "Dichotomie" mein Stilmittel. (Immerhin gab es zwischen uns weiter oben schon diametral entgegengesetzte (Teil-)Aussagen.) Was ich aus der didaktischen Ecke in Erfahrung bringen konnte, ist weiter oben alles gesagt. Mir hats zur Klärung und Einordnung schon sehr geholfen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 12:24, 10. Mai 2021 (CEST)
Lehrbücher enthalten sehr wohl beide Begriffszugänge gleichzeitig, nämlich verstreut über die Kapitel Mechanik und Wärmelehre. Das gleichzeitig beschränkt sich m.W. in allen Büchern auf im gleichen Buch. Falls es uns gelingen sollte, den Zusammenhang selbst gut darzustellen, müssten wir das auch noch an der TF-Klausel vorbeischmuggeln.
--Idohl (Diskussion) 14:30, 10. Mai 2021 (CEST)

Fehlt noch was?

Der Entwurf in meinem Sandkasten kommt mir jetzt im wesentlchen fertig vor. Was noch fehlt, oder wo etwas ganz falsch formuliert ist, bitte hier oder dort anmerken. (Der Hilferuf, der das alles ins Rutschen brachte, ist vom 12. JANUAR - ich möchte jetzt mal zu Potte kommen.) --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:17, 19. Mai 2021 (CEST)

Die Statik ist etwas unterbelichtet. Hier wird der Arbeitssatz (Energieerhaltungssatz) verwendet um z.B. unbekannte Kräfte oder Übersetzungen in Mechanismen zu berechen. Z.B. die Federübersetzung bei einer 5Lenker Radaufhängung. Da käme ev. auch M*phi ins Spiel was jetzt aus der Intro verschwunden ist.--Wruedt (Diskussion) 11:08, 20. Mai 2021 (CEST)
Arbeit hat mit Statik doch nur sehr am Rande zu tun, oder meinst Du virtuelle Arbeit? Das gehört eher nicht hierher. M*phi finde ich auch überflüssig , im Sinne einer kurzen Einleitung. --Bleckneuhaus (Diskussion) 12:47, 20. Mai 2021 (CEST)
Die virtuelle war gemeint. Jetzt wär noch schön, wenn auch der "Hilferuf" dank Klärung verstummen würde.--Wruedt (Diskussion) 13:00, 20. Mai 2021 (CEST)
Find ich auch. Vielleicht bemerkt der anonyme gestresste Papa ja unsere Bemühungen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 14:05, 20. Mai 2021 (CEST)

Neue Fassung eingestellt. Hab dabei wieder viel gelernt. Verbesserungen willkommen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 11:37, 21. Mai 2021 (CEST)

Der erste Absatz ist etwas gestelzt und enthält auch Dopplungen. Ich würde einfach so anfangen: "Physikalische Arbeit wird verrichtet, wenn eine Kraft einen Körper bewegt. Dabei wird Energie übertragen. Wenn eine konstante Kraft genau in Richtung des Weges wirkt, beträgt die verrichtete Arbeit ". Das Delta ist eher unpassend, wenn s der Weg ist. Es würde für die Position x passen, die sich geändert hat. Schülerduden Physik und Kuchling's Taschenbuch der Physik lassen das Delta bei der Einführung weg. TiHa (Diskussion) 12:37, 21. Mai 2021 (CEST)
Deine Formulierung (1.Satz) ist zu eng, wenn man nicht gleich auf die verallgemeinerten Kräfte und Wege hinweist. Deshalb bei mir ".. ergibt sich ...". Die Deltas können von mir aus weg (auch bei Delta t). --Bleckneuhaus (Diskussion) 12:58, 21. Mai 2021 (CEST)
Nicht, dass ich es besser weiß, aber diese Art Fromulierung ist furchbar unklar. Wenn sie wirklich einen Sinn hat, wird der Sinn nicht deutlich, was den Satz dann für jemanden, der das Mitgedachte aber Nichtausgesprochene nicht schon weiß, unzugänglich macht. Könntest du mal ein konkretes Beispiel nennen, wo mein erster Satz nicht stimmt? - nur damit ich es verstehe... TiHa (Diskussion) 15:23, 21. Mai 2021 (CEST)

@Verschiebung des Abschnitts Statistische Deutung: Ursprünglich sollte da noch Ross und Reiter benannt werden, also => Geschichte, ich habe aber noch keine frühe Quelle gefunden. Boltzmann käme schon in Frage. --Bleckneuhaus (Diskussion) 13:41, 21. Mai 2021 (CEST)

Habe ich schon vermutet. Ich finde es besser, wenn die historischen Teile von den physikalischen Details (vor allem Formeln) getrennt sind. Wenn "Ross und Reiter" noch im Geschichte-Teil genannt werden, wäre das natürlich super.--Pyrrhocorax (Diskussion) 14:35, 21. Mai 2021 (CEST)

Es fehlen schon noch ein paar Dinge:

  • Die Dissipation wird für meine Begriffe stiefmütterlich behandelt.
  • Damit verbunden ist auch eine Erörterung des Unterschieds von Arbeit und Wärme, die (finde ich) zu kurz kommt. Ich denke da z. B. an die Formulierung des 2. Hauptsatzes in der Form oder an die Wärmekraftmaschinen (die schon seit 200 Jahren Wärmearbeitsmaschinen heißen sollten).
  • Abbildungen! Der Artikel sieht doch arg karg aus.

--Pyrrhocorax (Diskussion) 16:30, 21. Mai 2021 (CEST)

Arbeit getan - und wie gehts weiter?

Nachdem wir schwer an der Neufassung geschuftet haben, mit vereinten Kräften und ganz gutem Ergebnis (denke ich), hört das weitere Überdenken noch nicht auf. Mir scheint, die beiden Wege der Definition sollte man besser und klarer nicht mit Etiketten wie Kraft und Energie auseinanderhalten, sonden durch die Fragen: 1.: wer bringt die Energie auf? und 2.: wo geht sie hin? Bei 1. ist die Antwort "eine Kraft, deren Angriffspunkt eine Strecke zurücklegt", bei 2. "ein System, das die Energie aufnimmt". - Ich habe nicht dringend vor, jetzt gleich am Artikel herumzubasteln, würde meine Idee aber gerne weiterverfolgen. Im Moment fällt mir kein Lehrbuch oder Lehrplan ein, wo das so steht. Also TF? --Bleckneuhaus (Diskussion) 16:43, 23. Mai 2021 (CEST)

Gratuliere! Ja, TF. Die natürlichste Definition ist, dass durch eine Kraft ein Körper bewegt wird, z.B. Schülerduden und Kuchling und nicht zuletzt direkte Anschauung. TiHa (Diskussion) 17:09, 23. Mai 2021 (CEST)
Ist ja gut, aber nicht ausreichend für den Einleitungssatz hier. Und außerdem hatten wir das doch schon diskutiert, oder noch nicht genug. --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:55, 23. Mai 2021 (CEST)
Es gibt jede Menge Bücher, die das alles viel einfacher und vor allem viel klarer abhandeln. Nicht verkünsteln! TiHa (Diskussion) 05:53, 24. Mai 2021 (CEST)

@Bleckneuhaus: Ich glaube nicht, dass man die Begriffe so gliedern kannst, wie Du es Dir vorstellst. Zu 2.: "Wo geht die Energie hin?": Das kann ich noch unterschreiben. So kann man den energetischen Ansatz verstehen. Aber zu 1: "Wer bringt die Energie auf?": Das ist nicht die Frage, mit der sich der Weg*Bewegungs-Ansatz beschäftigt, denn in W=Fs taucht die Energie überhaupt nicht auf. Für mich ist 1) eher ein induktiver Ansatz, 2) eher ein deduktiver (Diese Unterscheidung ist freilich nicht weniger TF).--Pyrrhocorax (Diskussion) 01:47, 24. Mai 2021 (CEST)

Seit kurzem habe ich die "Klassische Mechanik" von Rainer Müller zur Verfügung. Macht Spaß darin zu lesen. Doch bislang habe ich bei Müller keine Stelle gefunden, die die Beschreibung der Arbeit, wie sie im ersten Absatz der aktuellen Einleitung steht, stützt (so wie ich Körper und zuführen verstehe). Das Wesentliche zur Integration der Energie ist bei Müller das System. Das sollte man dann auch so schreiben und nicht Körper. Wenn ich Körper sage stellt sich nach meiner Vorstellung eine Laie einen Gegenstand wie etwa ein Buch oder ein Stein vor. Bei Müller lernen wir aber, dass wir das Gravitionsfeld einbeziehen oder auch draußen lassen können, das steht frei in unserer Entscheidung, die Interpretation von Arbeit hängt davon aber wesentlich ab. Eine Laie wird kaum das Gravitionsfeld (WW zwischen Erde und Buch) als zum Buch gehörig ansehen, so meine Vermutung. Ich sehe bei Müller bislang auch keinen Widerspruch zur Definition der Arbeit in meinen früher zitierten Literaturstellen, außer dass Müller die Definition unbedingt an ein System bindet (was er auch recht gut begründet) und die früher zitierten Stellen immer von einem Massenpunkt (da kann es a priori keine inneren Kräfte geben) reden und dabei den Energiebegriff außen vor lassen, also weder von einer Quelle noch einem Ziel reden. Trotz der langen Diskussion und Eurer großen Arbeit an der Formulierung, sehe ich uns nicht am Ziel. Ich selbst werde Müller in den nächsten Tagen noch weiter lesen, er stellt die Newtonsche Mechanik wirklich gut dar und hat tolle Beispiele, erst dann werde ich mir vielleicht noch einmal Zeit für dieses Lemma nehmen. ArchibaldWagner (Diskussion) 09:18, 24. Mai 2021 (CEST)
Wenn der 1. Satz so bleiben darf (damit er die Normalleserin erreicht), dann könnte der 2. Satz allgemeiner formuliert sein: "Die Definition der rein mechanischen Arbeit lautet W = F ⋅ s („Arbeit ist gleich Kraft mal Weg“), wobei die Kraft F auf ein physikalisches System wirkt und ihr Ansatzpunkt die Strecke s in Richtung der Kraft zurücklegt." --Bleckneuhaus (Diskussion) 11:03, 24. Mai 2021 (CEST)
Nachtrag: Der 1. Absatz der Einleitung soll ja gar nicht Müllers Sicht darstellen, sondern die in den üblichen Mechanikkapiteln von Gerthsen bis Tipler und und und. Nach Müllers Gl. 7.27 gibt W die gesamte Energieänderung wieder (passend zu "System" als der gewählten Grundlage), demgegenüber funktioniert das einfache W=Kraft mal Weg für jede Einzelkraft und ohne Energiebegriff. Dieser Gegensatz darf (und muss) im Artikel nicht übertüncht werden. --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:52, 24. Mai 2021 (CEST)
Es gibt keinen "Ansatzpunkt", wenn Gravitation auf ein Apfel am Baum wirkt. W = F*s besagt einfach nur, dass eine Kraft F die Arbeit W entlang des Weges s verrichtet, "Work done by Force". Im Grunde bedeutet Arbeit, dass eine Kraft den Zustand von Materie verändert (inkl. Lage), oder schlicht, dass eine Kraft eine Veränderung hervorruft. Alles andere mögen im Spezialfall didaktisch nützliche Metaphern sein, die verstellen aber immer den Blick auf das allgemeine alltäglich beobachtbare physikalische Phänomen: Arbeit = Kraft macht was. TiHa (Diskussion) 12:47, 24. Mai 2021 (CEST)
Sachlich falsch, siehe Kraft oder Gebundener Vektor. Oder stört Dich nur die Wortwahl, und ein Wort wie "Angriffspunkt" wäre genehm? Ich sehe da keinen Unterschied. --Bleckneuhaus (Diskussion) 17:57, 24. Mai 2021 (CEST)
Sag mir mal bitte ein einziges Beispiel, wo mechanische Arbeit verrichtet wird und nicht Masse unter dem Einfluss einer Kraft bewegt wird! Das ist das Wesen von mech. Arbeit und damit vollständig definiert. Der Angriffspunkt spielt schon in vielen Fällen eine Rolle (obwohl das genauso ein theoretisches Konstrukt ist, wie der Schwerpunkt und damit ein mathem. Kniff), das betrifft aber nicht wirklich die Definition von Arbeit. TiHa (Diskussion) 19:23, 24. Mai 2021 (CEST)
Wo soll ich denn sowas gesagt haben, wofür Du ein Beispiel sehen willst? Kann mich nicht erinnern. --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:28, 24. Mai 2021 (CEST)
Ich meinte nicht, dass du das gesagt hast, ich hab dich aber so verstanden, dass du meinst, dass diese Definition der Arbeit nicht ausreicht. Deswegen interessiere ich mich für einen Fall, wo diese Definition falsch wäre.TiHa (Diskussion) 05:44, 25. Mai 2021 (CEST)
Bitte versteht mich bloß als Anwalt der Einfachheit. Ich vermute, dass die gewohnheitsmäßige Verwendung von Begriffen wie "Körper" oder "System" immer wieder zur Sophisterei verführt. Evtl auch das Kleben an den Formelzeichen. Wörtlich, aber präzise ausgedrückt ist die verrichtete Arbeit proportional zu der aufgewendeten Kraft und der erreichten Veränderung. That's it!. Das meint W=Fs. TiHa (Diskussion) 06:47, 25. Mai 2021 (CEST)

@TiHa: Du beharrst auf die Formulierung "durch eine Kraft bewrikte Veränderung." Veränderung ist ein Begriff, den ich nicht aus der Physik kenne. Ich finde ihn zu unpräzise. Wenn Du eine Kraft auf einen Körper ausübst und er ändert dadurch seine Farbe, dann ist das keine Arbeit, obwohl es sich um "Kraft" und "Veränderung" handelt. Eine Veränderung muss also im weitesten Sinne eine "räumliche" Veränderung sein. Für räumliche Veränderung sagt man besser "Bewegung" und voila! Oder geht es Dir hauptsächlich darum, die Defintion Arbeit = Energietransfer loszuwerden? Es mag sein, dass Dir diese Definition nicht gefällt. Sie ist aber etabliert, vor allem auch in Schulbüchern. Damit ist die Relevanz gewährleistet - und das allein ist für Wp entscheidend. --Pyrrhocorax (Diskussion) 10:06, 25. Mai 2021 (CEST)

@Pyrrhocorax: Nein, nein, ich beharre nicht auf dieser Formulierung (obwohl sie stimmt, denn wenn es wirklich die Kraft war, ist die geänderte Farbe ein Beleg dafür, dass sich irgendwelche Atome anders verhalten, z.B. wenn eine Bremse rot glüht). "Bewegung" ist prima, nur habe ich @Bleckneuhaus: so verstanden, dass die simple Definition nicht ausreiche. Ich geb nochmal den Schülerduden wieder: "Eine Arbeit wird immer dann verrichtet, wenn ein Körper unter dem Einfluss einer Kraft bewegt wird." Das ist nicht nur für Schüler gut, es stimmt auch so. Die ganzen Spezifizierungen mit Vektor, Intergral, unregelmäßigen Körpern, Angriffspunkt und sowas Folgen dann aus dieser simplen Definition. Gegen den Energietransfer hab ich auch nichts, das ist ja mit der Erklärung der beiden Ansätze gut gelöst und ich find das auch wichtig, dass das dabei steht. TiHa (Diskussion) 11:31, 25. Mai 2021 (CEST)
Dann verstehe ich Deinen Kritikpunkt nicht. --Pyrrhocorax (Diskussion) 11:41, 25. Mai 2021 (CEST)
Ich habe da auch Schwierigkeiten, TiHa zu verstehen. Vielleicht helfen folgende Anmerkungen ein bisschen: der 1. Satz Einleitung bezieht sich auf Arbeit allgemein. Erst der 2. bringt die Spezifizierung "mechanisch". Der gut klingende Satz aus dem Schülerduden soll wohl auch ausschließlich für mech. Arbeit gemeint sein. Beispiel für nicht-mechanische Arbeit: chemische Arbeit, sowie jede Art von mit irgendeiner verallgmeinerten extensiven nicht räumlichen Koordinate x_i. Beispiel für mechanische Arbeit, wo Masse absolut keine Rolle spielt: . (Dass es aus sehr entfernten Gründen prinzipiell keine elektrische Ladung ohne Masse gibt, ist an dieser Stelle wohl irrelevant.) - Also, TiHa: Welchen Satz möchtest Du am Anfang stehen haben? --Bleckneuhaus (Diskussion) 12:10, 25. Mai 2021 (CEST)
Kuchlings "Taschenbuch der Physik" macht es auch nicht so kompliziert: "An einem Körper wird Arbeit verrichtet, wenn er unter Wirkung einer Kraft eine bestimmte Strecke bewegt wird." Dann kommt W=Fs, dann die Vektorversion, dann die Integralversion, dann die ganzen Formen, wie Hubarbeit etc.. Dass bei der Verschiebung einer Ladung keine Masse involviert ist leuchtet mir ein. Man sollte aber, statt eine verallgemeinerte Formulierung zu nehmen, die auch solche Fälle mit beinhaltet und dadurch unverständlich wird, das lieber nacheinander abhandeln. Wozu der Begriff "Angriffspunkt" erforderlich ist, leuchtet mir aber nicht ein. TiHa (Diskussion) 18:52, 25. Mai 2021 (CEST)
Die Nadel des Plattenspielers übt auf die Platte eine Kraft aus, also "bewegt sich der Körper unter dem Einfluss einer Kraft" (oder auch "während eine Kraft einwirkt"), aber der Angriffspunkt bewegt sich nicht (ideale Kreisrille angenommen). Verrichtet die Nadel etwa Arbeit? --Bleckneuhaus (Diskussion) 20:53, 25. Mai 2021 (CEST)
Wo exakt ist denn dieser "Angriffspunkt"? Wo sich nichts bewegt - also wenn s=0 ist - wird keine Arbeit verrichtet. Die Nadel wird durch die Wellen in der Rille in Schwingungen versetzt, also wird Arbeit verrichtet. TiHa (Diskussion) 21:19, 25. Mai 2021 (CEST)
Muss man denn ALLES ausführlich hinschreiben? (ideale Kreisrille angenommen) und Angriffspunkt bewegt sich nicht besagt genau selbiges, da gibt es keine Schwingungen. Und Arbeit - ich hatte daran gedacht, dass da Reibungsarbeit verrichtet wird, aber eben nicht von der Nadel (bzw. doch, aber nur im Ruhesystem der Platte). - Unabhängig davon könnte der Angriffspunkt aus dem 1. Satz vielleicht doch weggelassen werden, nach weiterem Überdenken. Du meinst wirklich, das würde das Verständnis erleichtern? --Bleckneuhaus (Diskussion) 21:57, 25. Mai 2021 (CEST)
ALLES, was du schnell klären möchtest ;-) Wär auch schneller gegangen, wenn du oben explizit gesagt hättest, das mech. Arbeit auch verrichtet wird, wenn Ladungen, die ja keine Masse haben, gegen ihre gegenseitige Abstoßungskraft bewegt werden ;-) TiHa (Diskussion) 07:02, 26. Mai 2021 (CEST)
@TiHa: Du stößt Dich an dem Wort "Angriffspunkt". Es taucht in der Einleitung nicht auf. Im Hauptteil genau 5mal. Ist das ein Problem? Der Angriffspunkt ist vor allem bei deformierbaren Körpern wichtig. Wenn man eine Feder dehnt, bewegt sich das "linke" Ende gar nicht, das "rechte" Ende um die Strecke s und die Mitte der Feder um s/2. (Obwohl nicht danach gefragt, gibt unsere Definition der Arbeit gleich noch eine interessante Antwort zur Haltekraft am festen Ende der Feder. Sie ist zwar wegen actio=reactio gleich groß wie die Kraft am beweglichen Ende, verrichtet aber im Gegensatz zu ihr keine Arbeit). --Pyrrhocorax (Diskussion) 14:42, 26. Mai 2021 (CEST)
Bleckneuhaus wollte es in der Einleitung haben. Wenn es erforderlich ist, soll auch rein :-). Kommt es bei Federspannarbeit nicht auch einfach nur auf die Strecke s an, um die die Feder gedehnt wird? Ist nicht die potentielle Energie an den beiden Enden immer gleich? TiHa (Diskussion) 16:04, 26. Mai 2021 (CEST)
Ja, es kommt um die Strecke an, um die die Feder gedehnt wird und diese ist am Angriffspunkt der Kraft zu messen. (Deswegen habe ich dieses Beispiel ausgewählt, um die Bedeutung des Angriffspunkts zu verdeutlichen. Bei der Beschleunigung eines starren Körpers ist es Wurscht, wo man die Strecke misst, weil sich jeder Punkt des Körpers in der gegebenen Zeit gleich weit bewegt. Die potentielle Energie hat keinen Ort bzw. sie ist auf die gesamte Länge der Feder verteilt, wenn Du so willst. Außerdem geht es doch um Arbeit, nicht um potentielle Energie!?! --Pyrrhocorax (Diskussion) 17:22, 26. Mai 2021 (CEST)
Komplett in Ordnung, der Angriffspunkt ist sozusagen ein techn. Hinweis, wie man s misst. In einer allgemeinen Definition in der Einleitung des Artikels braucht man ihn aber m.E. nicht. Kuchling kommt unter "Verformungsarbeit" auch ohne aus: "Wird eine Feder um den Federweg s verlängert...", kein Wort mehr davon, wie man das misst. Ein OmA-Leser (der muss ja nicht dumm sein) hat immer das Problem, dass er nicht wissen kann, welche Wörter essentiell sind und welche nicht. Es ergibt sich dann oft im weiteren Kontext, aber man sollte es, wenn's geht, gleich so handlich wie möglich vermitteln. (das mit der kin.Energie sollte bloß verdeutlichen, dass es m.E. für die Größe der Arbeit nicht darauf ankommt, an welchem Ende die Feder um s gedehnt wird, natürlich darf man sie nicht in der Mitte anfassen, ich glaub, dann stimmt die Federkonstante nicht mehr). TiHa (Diskussion) 19:12, 26. Mai 2021 (CEST)

wieso ist die 2. Def. "allgemeiner"?

Inzwischen halte ich das für fraglich. Mit W=Fs kann ich auch die Arbeit einzelner Kräfte ausrechnen, zB die Arbeit einer der beiden Personen, die mit zwei Stricken eine Last heben. Es wäre wohl schwierig, ein System zu konstruieren, um dasselbe mit der 2. Def herauszukriegen. Oder hat jemand eine Idee, wie das gehen könnte? Aber auch die 1. Def ist nicht die allgemeinere - s. chemische Arbeit o.ä. Also haben beide Defs zwar einen großen Überlappungsbereich, sind aber doch unabhängig voneinander zu sehen? Ich würde deshalb als erstes jetzt mal das Wort "allgemeiner" aus dem 2. Absatz streichen.--Bleckneuhaus (Diskussion) 22:18, 26. Mai 2021 (CEST)

Autoreply: Vielleicht ist das fragliche System doch nicht so schwierig zu definieren: Man muss die Grenzen so festlegen, dass die Kraft, für die die Arbeit berechnet werden soll, zur einzigen äußeren Kraft gemacht wird. Von den beiden Personen mit ihren Stricken würde dann eine eine innere Kraft ausüben, die andere eine äußere. - Also lass ich "allgemeinere" doch noch mal stehen. Sonst müssten wir in dem Artikel ja auch noch einiges Komplizierte zum Verhältnis beider Zugänge sagen. --Bleckneuhaus (Diskussion) 16:11, 27. Mai 2021 (CEST)
Original: Original:

https://de.wikipedia.org/wiki/Diskussion:Arbeit_(Physik)