Rollende Walze ohne Reibung ?

PhysikusNumerus · Gast

Meine Frage:
Folgende Aufgabe in unserer Klassenarbeit:
Ein massiver Eisenquader und eine massive Eisenwalze sind beide 200g schwer. Sie werden beide aus 40 cm Höhe gleichzeitig losgelassen und gelangen reibungsfrei von der Rampe auf den Boden.

1) Kommen beide gleichzeitig an? (Antwort mit kurzer Begründung)

Meine Ideen:
Ich schrieb, dass beide gleichzeitig ankommen weil es keine Reibung gibt und die beiden ja gleich schwer sind.

Die Lösung unseres Lehrer war eigentlich, dass der Quader schneller ankommt, weil die Walze länger braucht da sie erstmal ins Rollen kommen muss (irgendwas von wegen, die Walze wandelt die Höhenenergie erst in Rotationsenergie um).
Aber wenn es keine Reibung gibt, dann kann eine Walze doch gar nicht rollen, sondern rutscht?(und dann kommen beide gleichzeitig an).
er schrieb ausdrücklich "reibungsfrei"

Rollt die Walze nach dieser Aufgabenstellung oder rutscht sie (da es keine Reibung gibt)?

Ric · Anmeldungsdatum: 03.02.2005 Beiträge: 182

Hallo,

ich glaube, das wurde hier vor Kurzem schon mal heiß diskutiert.

Wenn nichts reibt, dann ist auch keine Kraft da, die den Körper zum Rollen zwingt, sprich die Haftbedingung am Boden erfüllt. Daher denke ich, wie du, dass die Aufgabe Blödsinn ist.

Beide Körper rutschen. Beide kommen gleichzeitig an.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

"reibungsfrei" bedeutet hier das Vernachlässigen der Rollreibung. Die Rollbedingung beruht aber auf der Haftreibung welche zu keinen energetischen Reibungsverlusten führt.

Ric · Anmeldungsdatum: 03.02.2005 Beiträge: 182

Und wie kommt das Teil ins Rollen? Wie hieße die Aufgabenstellung, wenn die Walze tatsächlich nur gleitet? Ist die Aufgabe nicht wenigstens unpräzise formuliert?

Reibungsfrei heißt für mich gar keine Reibung. Dass es um Energieverluste infolge von Reibung geht, steht nirgends. Aber schnudl, du hast sicher Recht, der Lehrer wird es so gemeint haben. Ich hätte für die Aufgabe in der Klausur wohl keinen Punkt bekommen Augenzwinkern

.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Natürlich ist die Aufgabe unpräzise fomuliert. Aber es ist sicher gemeint, dass die Walze rollt, sonst hätte der Aufgabenstelle ja auch einen "Klotz" schreiben können. Ich denke es ist vielen Leuten die diffizile Rollbedingung nicht wirklich klar und übersehen, dass es sich hierbei um eine art von Reibung handelt.

Ric · Anmeldungsdatum: 03.02.2005 Beiträge: 182

Ich würde sachlich mit dem Lehrer versuchen zu diskutieren. Wenn es eine benotete Arbeit war, würde ich mir diese Mühe machen und es anfechten. Aber manchmal vereinbart man im Unterricht ja "gentlemen agreements", damit gerade in solchen Fällen keine Verwirrung aufkommt.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

@VeryApe

Ich stimme mit dir und den anderen völlig überein, was die schludrige Formulierung der Aufgabe betrifft.

Trotzdem kann es ein verlustfreies Rollen ohne Schlupf geben, da die Rolle und die schiefe Ebene im Brührpunkt relativ zueinender ruhen und nicht gegenseitig abgleiten. Ich spreche hier von einem abstrahierten Modell; dass es in der Praxis immer irgendwelche Verluste geben muss ist klar, aber das ist hier nicht relevant. Die Reibkraft im Berührpunkt ist eine dem Hangabtrieb entgegengerichte Zwangskraft, welche die Beschleunigung reduziert aber keine Arbeit leistet! So ist die Aufgabe (ich sage schon fast mal mit Sicherheit...) gemeint. Eine deratige Analyse würde ich aber einem durchschnittlichen Physiklehrer an einer (nicht technischen) Schule offen gestanden nicht zutrauen, und deshalb die schwammige Formulierung (Lehramtskandidaten oder Lehrer die hier im Forum sitzen sind wahrscheinlich eine Ausnahme).

Es ist aber auch Tatsache, dass der Vorgang einer rollenden Walze/Reifen etc. ohne Schlupf schon als Standardbeispiel für Generationen von Physikern gedient hat: im idealisierten Fall leistet die Zwangskraft keine Arbeit und der Vorgang ist frei von Reibungsverlusten.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

tjo aber selbst der idealisierte Abrollvorgang kommt ohne Reibung nicht aus, wie du ja selbst bestätigst.
Die Reibarbeit geht hier vollkommen in die Rotationsenergie.

Alle sind also einverstanden das reibungsfrei falsch ist.
MFG

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Bliebe nur noch zu fragen, ob die Aufgabe wirklich so formuliert war, wie sie PhysikusNumerus hier wiedergegeben hat. Vielleicht hat PhysikusNumerus mit der Formulierung "reibungsfrei" von sich aus unbeabsichtigt eine Verkürzung vorgenommen. Vielleicht stand in der Aufgabe ja, dass (Gleit)Reibungsverluste zu vernachlässigen seien. Ein Physiklehrer hat Physik an der Uni studiert. Dem sollte man solch eindeutige Schlamperei eigentlich nicht zutrauen.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247