Das Wichtigste in Kürze

Die Hubarbeit ist eine Art von physikalischer Arbeit. Hubarbeit wird verrichtet, wenn eine Masse angehoben wird, d.h. entgegen der Gravitationskraft von der tieferen Lage auf Höhe $h_1$ auf eine höhere Lage bei Höhe $h_2$ gebracht wird.

Die verrichtete Hubarbeit ist nachher als potenzielle Energie gespeichert.

Hubarbeit Formel:

\[ W = m \cdot g \cdot h_2 – m \cdot g \cdot h_1 \]

Videos

    • Arbeit – Hafenkran (0001)

    • Arbeit – Fässer rollen (0002)

    Hubarbeit
    Beim Anheben einer Masse entgegen der Erdanziehung wird Hubarbeit verrichtet.

    Wenn wir für die Höhendifferenz (von \(h_1\) auf \(h_2\)) die Differenz \(\Delta h\) einsetzen, erhalten wir:

    \[ W = m \cdot g \cdot \Delta h \]

    Hubarbeit Beispiel: Pumpspeicherkraftwerk

    Das Pumpspeicherkraftwerk Linth-Limmern (816 m.ü.M.) hat mehrere Speicherseen. Der höchst gelegene Muttsee liegt auf 2’446 m.ü.M. und fasst rund 9 Millionen Kubikmeter Wasser.

    Wie viel Hubarbeit würde benötigt, um den Muttsee von einem Füllstand 50% auf 100% aufzufüllen?

    Die Masse des Wassers, die angehoben werden muss, ist 4.5 Millionen Kubikmeter Wasser. Jeder Kubikmeter entspricht 1000 Litern, die je 1 Kilogramm Masse entsprechen:

    \[ m = 4.5 \cdot 10^6 \cdot 10^3 \;\text{kg} = 4.5 \cdot 10^9 \;\text{kg}\]

    Die Höhe, über welche die Hubarbeit geleistet werden muss, ist die Höhendifferenz von 816 m.ü.M. hoch, auf 2’446 m.ü.M.

    \[ h = 2446\;\text{m} – 816\;\text{m} = 1630\;\text{m} \]

    Zusammenfassend muss das Kraftwerk eine Masse von \(4.5 \cdot 10^9 \;\text{kg}\) anheben, um 1630 Meter. Jetzt können wir die Hubarbeit berechnen, die dafür notwendig ist:

    \[ W = m \cdot g \cdot \Delta h = 4.5 \cdot 10^9 \;\text{kg} \cdot 9.81 \;\frac{\text{m}}{\text{s}^2} \cdot 1630 \;\text{m} \]

    \[ W = \underline{7.2 \cdot 10^{13}\;\text{J}} \]

    Herleitung der Hubarbeit Formel

    Für die physikalische Arbeit stellen wir die Grundgleichung auf:

    \[ W=F \cdot \Delta s \]

    Die Kraft, die aufgebracht werden muss, um eine Masse anzuheben, ist die Gewichtskraft. Wir ersetzen deshalb die Kraft \(F\) mit der Formel der Gewichtskraft \(F=F_g=mg\).

    Die Höhe \(\Delta h\) ist die Wegstrecke \(\Delta s\) , die zu überwinden ist.

    \[ \Delta s = \Delta h = h_2 – h_1 \]

    Setzen wir den Ausdruck \(F=mg\) für die Kraft und \(\Delta s = h_2 – h_1\) für die Wegstrecke ein, erhalten wir den Ausdruck:

    \[ W = mg \cdot (h_2 – h_1) = m \cdot g \cdot h_2 – m \cdot g \cdot h_1 \]

    Aufgabensammlung

    • Fässer rollen (0002)

      3 Teilaufgaben mit Lösungen (pdf/Video):
      • Hubarbeit
      • Kraft an der schiefen Ebene
      • Berechnungen mit Trigonometrie

      zur Aufgabe
    • Hafenkran (0001)

      4 Teilaufgaben mit Lösungen (pdf/Video):
      • Berechnung der Hubarbeit
      • Vorzeichen der Arbeit
      • Diskussion Reibungsarbeit

      zur Aufgabe

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    Autor dieses Artikels:

    David John Brunner

    Lehrer für Physik und Mathematik | Mehr erfahren

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