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

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      • Hafenkran (0001)

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

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      Autor dieses Artikels:

      David John Brunner

      Lehrer für Physik und Mathematik | Mehr erfahren

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