IV.1 Der Begriff der Arbeit

IV.1.1 Definition der Arbeit

Versuch IV.1: Arbeit längs eines graden Weges

IV.I.2 Erweiterung auf variable Kräfte und beliebige Wege

IV.1.3 Beschleunigungsarbeit

IV.1.4 Hubarbeit

IV.1.5 Spannarbeit

IV.2 Potentielle Energie

IV.3 Kinetische Energie

IV.4 Satz von der Erhaltung der Energie

Versuch IV.2: Kugel rollt von verschiedenen Höhen eine Bahn herunter

IV.5 Impulssatz

IV.6 Stoßgesetze

IV.6.1 Elastischer Stoß

Versuch IV.3: Grader, zentraler, elastischer Stoß auf der Luftkissenbahn

Versuch IV.4: 'Astro - Blaster'

IV.6.2 Dynamik von Stößen

Versuch IV.5: Grader, zentraler, unelastischer Stoß auf der Luftkissenbahn

Versuch IV.6: Ballistisches Pendel

IV.6.3 Schiefer Stoß

Versuch IV.7: Schiefer Stoß zweier Kugeln

IV.7 Rakete

IV.8 Schwingungen

IV.8.1 Federschwingung

Versuch IV.8: Federschwingung

IV.8.2 Pendelschwingungen

Versuch IV.9: mathematisches Pendel

IV.8.3 Zusammenfassung der Schwingungen

IV.9 Energie des harmonischen Oszillators

Mit den bisher kennengelernten Definitionen können wir im Prinzip durch Ermittlung der wirkenden Kräfte alle Bewegungen berechnen. Bei den diskutierten Bewegungen ließen sich die Kräfte leicht aufstellen. In der Regel ist das aber nur mit Kenntnis vieler Faktoren z.B. aus der Festkörperphysik möglich. Zudem kann dieses Verfahren sehr kompliziert sein.

Betrachten wir als Beispiel einen Ball, der auf der Erde hüpft. Der Ball berührt die Erde, wird an der Auftreffstelle verformt und wird dann durch die Rückstellkraft wieder nach oben beschleunigt. Wenn die Verformung und die Rückstellkraft bekannt sind, kann die Bewegung berechnet werden. Hierfür muß aber die Beschaffenheit des Balls von der Festkörperphysik berechnet werden; für jeden anderem Ball erneut. Dieses Vorgehen ist theoretisch möglich, für wichtige Aussagen über den springenden Ball allerdings unnötig. Einfacher ist es, zunächst einmal zu fragen, was bei dieser Art der Bewegung vielleicht konstant bleibt. Diese Überlegung führte in der Experimentalphysik zu zwei fundamentalen Erhaltungssätzen, die in der klassischen Mechanik immer Gültigkeit besitzen.

Betrachten wir also, was bei einer beliebigen Bewegung konstant bleibt, ausgehend von den bisher bekannten Größen Kraft, Masse, Beschleunigung, Geschwindigkeit, Ort und Zeit.