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Virtuelle Arbeit

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Virtuelle Arbeit ist ein Begriff der Analytischen Mechanik bzw. der Technischen Mechanik und bezeichnet die Arbeit, die die eingeprägten Kräfte an einem System bei einer virtuellen Verrückung leisten. Unter einer virtuellen Verrückung versteht man eine Gestalt- oder Lageänderung des Systems, die mit den Bindungen (z. B. Lager) verträglich, sonst aber willkürlich und außerdem infinitesimal klein ist. Nach dem Prinzip der virtuellen Arbeit verschwindet die virtuelle Arbeit in statischen Systemen.

Bild:Winkelhebel.png
Gelenkig gelagerter Winkelhebel, die virtuelle Verrückung ist durch den Drehwinkel δΦ charakterisiert.


F1δx1 - F2δx2 = 0

Weil der Winkelhebel als starr angesehen wird, sind die Größen δx1 und δx2 nicht unabhängig voneinander. Ihre Abhängigkeit kann man durch die Variation der generalisierten Koordinate Φ, δΦ, ausdrücken:

δx1 = a1δΦ und δx2 = a2δΦ

Damit wird die virtuelle Arbeit:

(F1a1 - F2a2) δΦ = 0

Wegen der Willkürlichkeit von δΦ kann die linke Seite dieser Gleichung nur dann verschwinden, wenn der Klammerausdruck verschwindet, woraus letztlich

F1a1 = F2a2

folgt.


Prinzip der virtuellen Arbeit in konservativen Systemen

In konservativen Systemen sind alle eingeprägten Kräfte von einem Potential V ableitbar. In diesem Falle lässt sich das Prinzip der virtuellen Arbeit in der Form

δV = 0

darstellen. Hierbei ist das Symbol δ als Variationszeichen im Sinne der Variationsrechnung aufzufassen. δV bedeutet damit die erste Variation der Potentiellen Energie.

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