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Leistung in der Physik - Mechanik

Allgemeines über die Leistung:

Nicht nur im Alltag, sondern auch in den naturwissenschaftlichen Fächern befasst man sich nicht nur mit der (mechanischen) Arbeit, die eine Maschine oder ein Mensch verrichtet, sondern mit der (geleisteten) Arbeit pro Zeiteinheit. Dies liegt nicht nur an einem theoretischen Interesse, sondern auch an wirtschaftlichen Aspekten. Hier steht in der Regel im Vordergrund, welche Arbeit in welcher Zeit verrichtet worden ist. Aus diesem Grund wurde die physikalische Größe "Leistung" definiert, die beschreibt, welche "Menge an Arbeit" in welchem "Zeitraum" verrichtet wurde.

Leistung:

Wenn wir Arbeit verrichten, beispielsweise einen Gegenstand hochheben, können wir dies schnell oder langsam machen. Daher sagt die physikalische Größe "Arbeit" nicht aus, wie schnell oder wie langsam (mechanische) Arbeit verrichtet wird. Die physikalische Größe "Leistung" hingegen, beschreibt die in einer bestimmten Zeitdauer umgesetzte Arbeit. 

Das Formelzeichen für die (mechanische) Leistung ist das P (abgeleitet aus dem Englischen "Power"), die Einheit der Leistung ist das Watt (Symbol "W" = = J/s). Daher berechnet man in der Physik die mechanische Leistung als Quotient aus Arbeit und Zeit. 


Wichtig ist, dass bei dieser Definition die Arbeit während der gesamten Zeit konstant ist. Ist die Arbeit nicht konstant, so kann man beispielsweise eine mittlere Leistung angeben, die mittlere Leistung ist der Quotient aus der Differenz zwischen Endwert der Arbeit - Anfangswert der Arbeit und der Differenz zwischen Endwert und Anfangswert der Zeit.

Beispiel:
Eine Maschine verrichtet in einer Stunde eine Arbeit von 1000 Joule. Um die Leistung zu berechnen, muss man erstmal die Zeit in die richtige SI-Einheit umwandeln (Stunden -> Sekunden). Dabei entsprecht eine Stunde 3600 Sekunden, damit sind die beiden Werte  t = 3600s und W = 1000 J. Setzt man dies in die Formel ein, so erhält man: P = 1.000 J / 3.600 S = 0,278 W (Watt)


Hinweise
:
Der "Leistungsbegriff" lässt sich auch in der Elektrizitätslehre und Wärmelehre anwenden (allerdings wird in der Elektrizitätslehre auch oft der Begriff "Energiestromstärke" verwendet). In der Mechanik gilt: Leistung = Arbeit pro Zeit, in der Elektrizitätslehre übertragen, kennzeichnet die Leistung wie schnell eine Energieumwandlung abläuft (Leistung = Energie pro Zeit). Anhand der Formel zeigt sich, dass die Leistung um so größer ist, je kürzer der Zeitraum ist (der zur Verrichtung für die Arbeit notwendig ist).