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Denkfehler Zentripetalkraft, Normalkraft (Auto auf Bergkuppe
 
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sledgehammer



Anmeldungsdatum: 02.08.2016
Beiträge: 1

Beitrag sledgehammer Verfasst am: 02. Aug 2016 17:05    Titel: Denkfehler Zentripetalkraft, Normalkraft (Auto auf Bergkuppe Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo,
ein Auto fährt über eine Bergkuppe, die eine Kreisbahn beschreibt. Am höchsten Punkt wirkt die Gewichtskraft des Autos nach unten und die Normalkraft nach oben von der Bahn auf das Auto. Wie und in welche Richtung wirkt die Normalkraft?

Meine Ideen:
Die Normalkraft wird in der Aufgabe auch als "Andrückkraft" bezeichnet. Müsste sie dann nicht nach unten wirken? Sie sollte ja das Auto ebenfalls auf der Kreisbahn halten. Darüber hinaus habe ich gelesen die Zentripetalkraft sei eine resultierende Kraft, die sich eben aus Gewichtskraft - Normalkraft zusammensetzt. Wenn man die Richtung wie oben beschrieben als entgegengesetzt ansieht, macht das Sinn. Aber rein von der Logik verstehe ich das nicht. Die Normalkraft und die Gewichtskraft haben doch den gleichen Effekt und drücken das Auto auf die Kreisbahn. Warum liefert die Normalkraft dann einen negativen Beitrag zur resultierenden Kraft in die Kreismitte (Zentripetalkraft)?
Ich glaube ich mache da irgendeinen ziemlich elementaren Fehler... sorry und danke für eure Hilfe.
Auwi



Anmeldungsdatum: 20.08.2014
Beiträge: 602

Beitrag Auwi Verfasst am: 02. Aug 2016 17:22    Titel: Antworten mit Zitat

Als Normalkraft wird im allgemeinen eine Kraftkomponente bezeichnet, die senkrecht auf die Fläche wirkt.
Am oberen Punkt der so bezeichneten "Kreisbahn" wäre das hier also die Gewichtskraft.
Ihr entgegen wirkt die sogenannte Zentrifugalkraft aus der Kreisbahn des Fahrzeugs vom Betrag F(z) = m*r*w² bzw F(z) = m*v²/r
w = "omega" = Winkelgeschwindigkeit ; r = Bahnradius ; v = Bahngeschwindigkeit (Fahrgeschwindigkeit)
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8571

Beitrag jh8979 Verfasst am: 02. Aug 2016 17:35    Titel: Re: Denkfehler Zentripetalkraft, Normalkraft (Auto auf Bergk Antworten mit Zitat

sledgehammer hat Folgendes geschrieben:

ein Auto fährt über eine Bergkuppe, die eine Kreisbahn beschreibt. Am höchsten Punkt wirkt die Gewichtskraft des Autos nach unten und die Normalkraft nach oben von der Bahn auf das Auto.

Das ist korrekt.
Zitat:
Wie und in welche Richtung wirkt die Normalkraft?

Hast Du doch gerade geschrieben smile
Zitat:

Die Normalkraft wird in der Aufgabe auch als "Andrückkraft" bezeichnet. Müsste sie dann nicht nach unten wirken?
Das Auto "drückt" nach unten, es wirkt also eine Kraft auf die Strasse, die nach unten zeigt. Die Kraft, die die Strasse auf das Auto auswirkt, ist dieser entgegengesetzt und zeig -wie von Dir schon vorher gesagt- nach oben.
Zitat:
Sie sollte ja das Auto ebenfalls auf der Kreisbahn halten.

Tut sie ja auch. Wenn nur die Gravitationskraft wirken würde würde das Auto ja durch die Strasse durch nach unten fallen smile

Ich hoffe, das beantwortet Deine Frage smile
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8571

Beitrag jh8979 Verfasst am: 02. Aug 2016 17:38    Titel: Antworten mit Zitat

Auwi hat Folgendes geschrieben:

Ihr entgegen wirkt die sogenannte Zentrifugalkraft aus der Kreisbahn des Fahrzeugs vom Betrag F(z) = m*r*w² bzw F(z) = m*v²/r
w = "omega" = Winkelgeschwindigkeit ; r = Bahnradius ; v = Bahngeschwindigkeit (Fahrgeschwindigkeit)

Das stimmt im (Nicht-Inertial)System des Autos, in welchem allerdings auch noch eine Normalkraft von der Strasse auf das Auto wirkt.

Im Inertialsystem des Berges existiert keine Zentrifugalkraft.

Ich halte es hier allerdings nicht für besonders hilfreich ein anderes System als das Inertialsystem der Strasse zu betrachten (vor allem nicht ohne das explizit zu sagen), denn die Zentrifugalkraft führt bei Schülern und Studenten Regelmäßig zu Verwirrungen/Fehlern.


Zuletzt bearbeitet von jh8979 am 02. Aug 2016 17:39, insgesamt einmal bearbeitet
ML



Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3384

Beitrag ML Verfasst am: 02. Aug 2016 17:39    Titel: Re: Denkfehler Zentripetalkraft, Normalkraft (Auto auf Bergk Antworten mit Zitat

Hallo,

sledgehammer hat Folgendes geschrieben:

ein Auto fährt über eine Bergkuppe, die eine Kreisbahn beschreibt. Am höchsten Punkt wirkt die Gewichtskraft des Autos nach unten und die Normalkraft nach oben von der Bahn auf das Auto. Wie und in welche Richtung wirkt die Normalkraft?


hast Du Dir schon überlegt, aus welchem Bezugssystem heraus Du dieses Problem beschreiben möchtest? Es würden sich anbieten:
a) das Laborsystem (Erde ruht)
b) das "mitbewegte" System (Auto ruht)

Das mitbewegte System hat den Nachteil, dass es ein beschleunigtes System ist, in dem die Newtonschen Gesetze nicht gelten.


Viele Grüße
Michael
franz



Anmeldungsdatum: 04.04.2009
Beiträge: 11583

Beitrag franz Verfasst am: 03. Aug 2016 11:22    Titel: Antworten mit Zitat

Moin jh8979,

Zitat:
die Zentrifugalkraft führt bei Schülern und Studenten Regelmäßig zu Verwirrungen/Fehlern.

Warum wohl sind Schüler (und Studenten?) wenig geübt, dem Problem angepaßte Bezuggsysteme zu wählen und damit zu rechnen respektive die schönen Möglichkeiten des Konzepts Trägheitskräfte zu nutzen? Vielleicht haben die Lehrer, im großen und ganzen, selber wenig Ahnung? Und was merkt sich Schöler: Das sind nur "Schein"kräfte, die gibt es also garnicht - Teufelswerk.
Bleibt nur: physikerboard.de ! smile
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8571

Beitrag jh8979 Verfasst am: 04. Aug 2016 21:57    Titel: Antworten mit Zitat

franz hat Folgendes geschrieben:

Warum wohl sind Schüler (und Studenten?) wenig geübt, dem Problem angepaßte Bezuggsysteme zu wählen und damit zu rechnen respektive die schönen Möglichkeiten des Konzepts Trägheitskräfte zu nutzen? Vielleicht haben die Lehrer, im großen und ganzen, selber wenig Ahnung?

Das mag gut sein, da will ich gar nicht widersprechen. smile
Zitat:
Und was merkt sich Schöler: Das sind nur "Schein"kräfte, die gibt es also garnicht - Teufelswerk.

Wenn sie sich das wenigstens konsequent merken würden, würden sie vermutlich weniger Fehler begehen Augenzwinkern Es gibt nur sehr wenige Aufgaben in denen es wirklich sehr vorteilhaft ist, in ein beschleunigtes Bezugssystem zu wechseln. Da viele offensichtlich ein Problem damit haben, bzw. es nicht explizit angeben/merken/realisieren, ist der komplette Verzicht auf Scheinkräfte wahrscheinlich das geringere Übel.
N3wtone
Gast





Beitrag N3wtone Verfasst am: 04. Aug 2016 22:09    Titel: Hmm Antworten mit Zitat

Die Erde steht nie! Das Auto wenn es parkt, dann sind allerdings nur die normalen Kräfte (Erdbeschleunigung) vorhanden.
Wenn du mit einer willkürlichen Geschwindigkeit bzw. (Beschleunigung) dein auto über die Kuppe fährst muss du das Gewicht, die Höhe, den Druck und diverse andere Größen mit einbeziehen!
Zentripal, zentrifugal, Erdbeschleunigung und die Beschleunigung des Fzg.´s!
Der Versuch ist nicht gerade leicht, dafür das System und die Prüfung, weil das eigentlich alles schon bewiesen ist!
Also wenn du weiß worum es geht und es Mathematisch darstellen willst brauchst du mehr als das beschriebene:)
Hast du einmal alles in deiner Formel drin, kann dir nix mehr passieren Augenzwinkern
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8571

Beitrag jh8979 Verfasst am: 04. Aug 2016 22:29    Titel: Re: Hmm Antworten mit Zitat

N3wtone hat Folgendes geschrieben:

Wenn du mit einer willkürlichen Geschwindigkeit bzw. (Beschleunigung) dein auto über die Kuppe fährst muss du das Gewicht, die Höhe, den Druck und diverse andere Größen mit einbeziehen!

Ich fahr auch ohne all das zu wissen ganz gut über die Kuppe und komm gut an. Was ist eigentlich Dein Anliegen?
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