Leistung P - physikalische Größen

Mechanische Leistung

Die mechanische Leistung beschreibt, in welcher Zeit eine mechanische Arbeit verrichtet wird.


Formel

Die mechanische Leistung P beschreibt, wie viel mechanische Arbeit pro Zeit geleistet wird. Die Einheit der Leistung P ist das Watt (W).

\text{Leistung} = \frac{\text{Arbeit}}{\text{Zeit}}Leistung=ArbeitZeit\text{Leistung} = \frac{\text{Arbeit}}{\text{Zeit}}P = \frac{W}{t}P=WtP = \frac{W}{t}

Einheit:

[P]=\text{W}[P]=W[P]=\text{W}

Die Leistung macht verschiedene Arbeiten vergleichbar. Wird eine Arbeit in einer schnelleren Zeit verrichtet, so ergibt sich eine höhere Leistung.


Beispiele

Jan trainiert Bergsteigen

Jan will fitter werden. Aus diesem Grund rennt er nun täglich auf den Berg in seiner Nähe. Am ersten Tag braucht er 1,5 Stunden bis zum Gipfel. Nach 6 Wochen nur noch 1,25 h, und nach 3 Monaten erreicht er endlich sein Ziel und rennt in einer Stunde auf den Gipfel. Wie veränderte sich Jans Leistung in den drei Monaten, wenn er für den Aufstieg 0,4 MJ Arbeit verrichtet?

Lösung

\underline \textsf{Gegeben}\underline \textsf{Gegeben}

W = 0,4 \text{ MJ} = 400000 \text{ J} \\ t_1 = 1,5 \text{ h} = 90 \text{ min} = 5400 \text{ s} \\ t_2 = 1,25 \text{ h} = 75 \text{ min} = 4500 \text{ s}\\ t_3 = 1,0 \text{ h} = 60 \text{ min} = 3600 \text{ s} W=0,4 MJ=400000 Jt1=1,5 h=90 min=5400 st2=1,25 h=75 min=4500 st3=1,0 h=60 min=3600 sW = 0,4 \text{ MJ} = 400000 \text{ J} \\ t_1 = 1,5 \text{ h} = 90 \text{ min} = 5400 \text{ s} \\ t_2 = 1,25 \text{ h} = 75 \text{ min} = 4500 \text{ s}\\ t_3 = 1,0 \text{ h} = 60 \text{ min} = 3600 \text{ s}

\underline \textsf{Gesucht}\underline \textsf{Gesucht}

P= \: ?P=?P= \: ?

\underline \textsf{Formel}\underline \textsf{Formel}

P = \frac{W}{t}P=WtP = \frac{W}{t}

\underline{\bf\textsf{Lösungsweg}}Lo¨sungsweg\underline{\bf\textsf{Lösungsweg}}

Einsetzen in die Formel gibt uns die einzelnen Leistungen

P_1 = \frac{400000 \text{ J}}{5400 \text{ s}} \approx 74 \text{ W}P1=400000 J5400 s74 WP_1 = \frac{400000 \text{ J}}{5400 \text{ s}} \approx 74 \text{ W}P_2 = \frac{400000 \text{ J}}{4500 \text{ s}} \approx 89 \text{ W}P2=400000 J4500 s89 WP_2 = \frac{400000 \text{ J}}{4500 \text{ s}} \approx 89 \text{ W}P_3 = \frac{400000 \text{ J}}{3600 \text{ s}} \approx 111 \text{ W}P3=400000 J3600 s111 WP_3 = \frac{400000 \text{ J}}{3600 \text{ s}} \approx 111 \text{ W}

Jan steigert seine Leistung um 37 W in den drei Monaten.

Leistung eines Krans

Beim Hausbau verrichtet ein Kran beim Hochheben von schwerem Baumaterial Arbeit. Er befördert das Baumaterial in 30 s auf das Hausdach. Berechne die verrichtete Arbeit des Krans, wenn er mit einer Leistung von 2600 W arbeitet.

Lösung

\underline \textsf{Gegeben}\underline \textsf{Gegeben}

P = 2600 \text{ W} \\ t = 30 \text{ s } P=2600 Wt=30 s P = 2600 \text{ W} \\ t = 30 \text{ s }

\underline \textsf{Gesucht}\underline \textsf{Gesucht}

W= \: ?W=?W= \: ?

\underline \textsf{Formel}\underline \textsf{Formel}

P = \frac{W}{t}P=WtP = \frac{W}{t}

\underline{\bf\textsf{Lösungsweg}}Lo¨sungsweg\underline{\bf\textsf{Lösungsweg}}

Umstellen der Gleichung nach W:

W = P \cdot tW=PtW = P \cdot t

Einsetzen der Werte:

W = 2600 \text{ W} \cdot 30 \text{ s} = 78000 \text{ J} = 78 \text{ kJ}W=2600 W30 s=78000 J=78 kJW = 2600 \text{ W} \cdot 30 \text{ s} = 78000 \text{ J} = 78 \text{ kJ}

Der Kran verrichtet eine Arbeit von 78 kJ.

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