Fragenbank: Arbeit: Grafiken

Im Kontext der modernen Wirtschaft ist der Gütertransport mit schweren Fahrzeugen essentiell für das Funktionieren der Versorgungsketten. Eine der Herausforderungen, mit denen Verkehrstechniker konfrontiert sind, besteht darin, Fahrzeuge zu entwerfen, die lange Strecken effizient zurücklegen können, um die Transportkosten zu optimieren. Stellen Sie sich einen Lkw vor, der eine konstante Last von 20.000 N über eine gerade und horizontale Strecke von 200 m transportiert, und dabei von einer Anfangsgeschwindigkeit von 2 m/s auf eine Endgeschwindigkeit von 8 m/s beschleunigt. Vernachlässigt man die Reibungseffekte und geht davon aus, dass die vom Motor angewandte Kraft parallel zur Verschiebung ist, beschloss eine Gruppe von Schülern, die Arbeit zu analysieren, die von der Antriebskraft während des Beschleunigungsprozesses geleistet wird. Sie haben die vom Motor angewandte Kraft in Abhängigkeit von der Verschiebung grafisch dargestellt und beobachtet, dass das Diagramm ein Dreieck bildet. Basierend auf dieser Information, wie lautet der numerische Wert der Arbeit, die von der Antriebskraft während des Beschleunigungsprozesses des Lkw verrichtet wurde?

Während einer praktischen Physikstunde verwendet eine Gruppe von Schülern ein Dynamometer, um die Kraft zu messen, die erforderlich ist, um einen 2 kg schweren Block auf einer reibungsfreien horizontalen Fläche zu verschieben. Der Block wird über eine Strecke von 4 Metern verschoben, und die aufgebrachte Kraft wird in Abhängigkeit von der Verschiebung gemessen, wobei die Daten in einem Diagramm Kraft versus Verschiebung aufgezeichnet werden. Da die aufgebrachte Kraft konstant und parallel zur Verschiebung ist und keine anderen Kräfte auf das System einwirken, wie viel Arbeit verrichtet die Kraft, um den Block über die angegebene Entfernung zu bewegen?

João schiebt eine Kiste mit einer konstanten Kraft von 40 N über 10 Meter. Wie viel Arbeit leistet João? Verwende ein Diagramm von Kraft gegen Verschiebung, um die von João geleistete Arbeit zu berechnen, und erkläre, wie du zu dem Ergebnis gekommen bist. Denke daran, die geeigneten Maßeinheiten zu berücksichtigen.

Ein Block von 2 kg wird zunächst in Ruhe auf einer horizontalen Fläche gehalten und wird aus der Ruhe heraus einer konstanten horizontalen Kraft F ausgesetzt. Die Kraft F wird durch das Diagramm F x d dargestellt, wobei F die Kraft in Newton und d die zurückgelegte Strecke des Blocks in Metern ist. Das Diagramm zeigt einen dreieckigen Bereich, in dem die Kraft linear mit der Strecke ansteigt und von 0 auf 10 N über eine Verschiebung von 2 m variiert. Danach bleibt die Kraft für eine Verschiebung von 4 m konstant bei 10 N. Basierend auf diesem Szenario beantworte: (1) Welche gesamte Arbeit wurde durch die Kraft F am Block während der Verschiebung von 6 m geleistet? (2) Wenn die Hälfte der Gesamtschiebung verdoppelt und die Kraft ab dem Punkt, an dem sie konstant war, verdoppelt würde, wie würde sich dies auf die insgesamt geleistete Arbeit auswirken?

Eine konstante Kraft von 100 N wird auf einen Block mit einer Masse von 10 kg angewendet, der sich anfänglich in Ruhe befindet, und der Block bewegt sich über eine reibungsfreie horizontale Oberfläche über eine Strecke von 5 m. Verwenden Sie ein Diagramm von Kraft gegen Verschiebung, um die von der Kraft bei der Verschiebung des Blocks geleistete Arbeit zu bestimmen. Berücksichtigen Sie, dass der Winkel zwischen der angewendeten Kraft und der Richtung der Verschiebung 0 Grad beträgt, was bedeutet, dass die Kraft in die gleiche Richtung wie die Verschiebung angewendet wird. Erklären Sie anschließend, wie die Verwendung von Diagrammen die Berechnung der Arbeit in praktischen Situationen erleichtern kann.