Einfluss der Fliehkraft

burri · Anmeldungsdatum: 30.09.2011 Beiträge: 159

Meine Frage:
Hallo,

siehe:
http://www.youtube.com/watch?v=ttRzgVoXYrY&NR=1

Frage:
angenommen der Wagen ist auf Schienen zwangsgeführt,

was wird geschehen wenn sich der Motor immer schneller dreht?

Meine Ideen:
Wird die Ausweichbewegung des Wagens geringer, bis sich die Bewegungsrichung umkehrt?

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Genau das gleiche wie im Video, weil auch dieser Wagen zwangsgeführt ist durch die Haftreibung. Die Rollen können nur in einer Richtung rollen und zwar im video links und rechts.

In dieser Richtung gilt die Impulserhaltung
Wenn die Kugel sich nach rechts bewegt, bewegt sich der Wagen nach links, denn die Kraft die die Kugel nach rechts beschleunigt liefert der Wagen, als reactio wird er genau mit der gleichen Kraft von der Kugel nach links gezogen.

oder anderes aus gedrückt die Fliehkraft der Kugel zieht den Wagen nach aussen, die Trägheitskraft des Wagens zieht die Kugel nach innen.

In der anderen Richtung hält der Tisch per Haftreibung den Wagen der Impuls wird über Tisch bzw Erde ab -zugeführt.

Wenn sich der Motor schneller dreht bewegt sich auch der Wagen schneller hin und her, allerdings im video wird das ganze irgendwann die Haftreibung verlieren und sich dann auch in den anderen Richtung bewegen.

burri · Anmeldungsdatum: 30.09.2011 Beiträge: 159

welchen Einfluss hat die mit der Rotationsgeschwindigkeit zunehmende Fliehkraft auf das System?

verändert sich der Hub des Wagens und wie verändert er sich?

@ veryApe

danke für deine Antwort, aber ich vermute die zunehmende Fliehkraft wird sich auf das System auswirken.

Niels90 · Anmeldungsdatum: 02.07.2011 Beiträge: 280

Naja durch höhere Rotaionsgeschwindigkeit nimmt natürlich die Fliehkraft zu. Was dann wieder bewirken würde dass sich der Wagen schneller bewegt, allerdings trotzdem noch die gleiche Strecke zurücklegt. Und wie veryApe schon gesagt würde sicherlich irgendwann die Haftreibung nicht mehr ausreichen und der Wagen würde sich dann bei höheren Rotaionsgeschwindigkeiten anders bewegen, bzw. eben streckenweise rutschen.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Ohne Rollwiderstand der Räder, bleibt der Hub immer gleich egal wie schnell sich das Ding dreht.

das folgt aus der Impulserhaltung und den mit dt erweiterten Schwerpunktssatz.

Daraus ergibt sich das den Hub mit der Masse des Wagens steuern kannsd oder mit der Masse der kreisenden Kugel, andere Massenverhältnisse erzeugen andere Hübe.

Meiner Ansicht nach stellt sich aber bei dem Ding ein etwas größerer Hub ein, da der Rollwiderstand die Linearität kippt.

Bei größeren Geschwindigkeit weniger Zeit pro Schwingung weniger Impulsabfuhr durch Reibung.

burri · Anmeldungsdatum: 30.09.2011 Beiträge: 159

bei reiner Impulsbetrachtung wird sich der Wagen gegenläufig zur Unwucht bewegen.

Dies ist der Fall, wenn die Rotationsgeschwindigkeit gering ist.

Bei schneller Drehung addiert sich zum Impuls (Massenbewegung) zusätzlich noch die Fliehkraft, dies sollte den Hub des Wagens verändern.

Korrektur:
ich vermute mal, dass keine Fliehkraft anstehen kann, da sich der Wagen sich entgegengesetzt zur Unwucht bewegt.

Fliehkraft würde nur bei fixiertem Wagen auftreten.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Die Fliehkraft addiert sich egal ob schnell oder langsam immer zum Impuls und zwar zum Impuls des Wagens der Wagen verändert seinen Impuls, dieser besitzt aber Trägheit somit gibts ein reactio auf die Kugel nämlich die Trägheitskraft des Wagens die die Kugel wiederum zu sich heranzieht.

Oder direkt nach Newton die Kugel übt eine Kraft auf den Wagen aus reactio der Wagen übt eine Kraft auf die Kugel aus.

Beide sind gleichgroß, der Impuls bleibt in Summe Kugel plus Wagen immer erhalten, durch den Schwerpunktssatz in Erweiterung über dt.
verändert sich der Hub nicht, es sei denn du veränderst die Massenverhältnisse.

Wenn dus nicht glaubst dann zeichne Mal ne Skizze und die wirkenden Kräfte ein, dann können wir weiter diskutieren.

Kraft ist nie was einseitiges sondern immer eine Wechselwirkung, in deiner Betrachtung glaubst du nur die Kugel übe ein Fliehkraft auf den Wagen aus und auf die Kugel selber gibts überhaupt keine Gegenkraft. Das ist falsch.

burri · Anmeldungsdatum: 30.09.2011 Beiträge: 159

habe mal eine Skizze beigefügt, bin Laie.

Zentripetalkraft habe ich nicht eingezeichnet, müsste der Fliehkraft entgegengerichtet sein, Corioliskraft ist auch nicht nötig, meine ich.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Die Skizze ist ein Anfang, aber für uns nicht sehr hilfreich, du willsd ja die Größen auf die Kugeln wissen und die Größen auf den Wagen, dazu sollte man sie getrennt freimachen, denn sonst kommst du durcheinander.

Die Corioliskraft brauch man nicht du brauchst kein rotierendes Bezugssystem, es reicht auch ein translatorisch beschleunigtes Bezugssystem indem gibts nur die Fliehkraft,
aber fang mal im Inertialsystem an, zunächst mal mit Beschleunigungen, sagen wir das ganze Werk steht still, und nun fängt es an zu beschleunigen welche Kräfte, Momente gibt es.

Wagen und Kugel getrennt.

burri · Anmeldungsdatum: 30.09.2011 Beiträge: 159

bin mit der verlangten Skizze leider überfordert.

Möchtest du es mir aufzeichnen, vielleicht werden dadurch mir die physikalischen Vorgänge klarer.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Okay, am einfachsten zu Durchblicken ist der Start, da gibts noch keine Fliehkraft.

ich betrachte das erste dt um dir mal einfach begreiflich zu machen warum hier die Impulserhaltung gilt.

Egal wie komplex dann weitere Betrachtungen werden, wobei ich mal annehme das das wenig sinn hat, wenn du schreibst das du Laie bist.
Mechanisches Verständnis wär mal Grundvoraussetzung.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Die Pendelstange sei masselos, ist für die Erklärung nicht von belangen.

Das Motormoment ist ein Drehmoment (Summe F=0) dieses dreht um den Schwerpunkt und zwar die Kugel samt Stange um deren Schwerpunkt. Da aber die Pendelstange daran ist und diese in Punkt O mit dem Wagen befestigt ist, würde bei einer Drehung um den Schwerpunkt das Pendel in den Wagen wandern, das findet der Wagen nicht gut, und drückt das Pendel weg (siehe F) und zwar nach links..

Der Wagen übt also eine Kraft auf das Pendel aus und zwar so groß bis Translation und Rotation der Kugel sich in Punkt o die Beschleunigung aWagen ergeben.

Kinematik:

Leider gibts dabei aber auch immer ein reactio der Wagen wird vom Pendel nach rechts gedrückt, Das ist dasselbe wie du es beim Stoss kennst beide werden entgegengesetzt beschleunigt.

Das Pendel samt Kugel übt also eine Kraft auf den Wagen aus genau entgegengesetzt gleich groß.

Das siehst du nach Newton und im zweiteren Fall nach Dalembert was ein und dieselbe Lösung ist nur hast du im zweite Fall einen Gleichgewichtsfall und kannsd im Endeffekt erkennen, das die Trägheit der Kugel den Wagen nach rechts beschleunigen lässt und die Trägheit des Wagens die Kugel nach links beschleunigen lässt. Siehe Richtung der Trägheitskräfte.

Das wichtige dabei ist aber wenn wir bei Newton bleiben, das für beide die gleiche Zeit vergeht und daher beide den selben Impuls von F*dt erhalten nur entgegengesetzt, somit ist die gesamte Impulssumme null wohlgemerkt in x Richtung,

in y nicht weil da unsere Räder den Impuls vom Wagen entziehen, wären diese nicht, wär das auch in y Richtung gültig da wie gesagt im Punkt 0 immer die gleiche Kraft auf den Wagen sowie auf die Kugel wirkt egal ob diese x und y Komponenten hat.

Ebenfalls hat das Motormoment ein reactio und zwar genau entgegengesetzt auf den Wagen, das Motormoment dreht Kugel samt Pendel gegen den uhrzeigersinn, reactio es dreht den Wagen im Uhrzeigersinn, das verhindert die Haftreibung.

Jetzt könnt ma das ganze noch mit Fliehkraft erweitern, am besten wenn man in das beschleunigte Bezugssystem von Punkt O wechseln und Formel für die Kinematik aufstellen, wird zwar ein wenig umfangreicher an Erläuterunge, aber es läuft wieder auf die gültig des Impulssatzes in x Richtung aus.,

burri · Anmeldungsdatum: 30.09.2011 Beiträge: 159

ich denke, ich habe es verstanden, vielen Dank.

Ich möchte es nochmal in eigenen Worten ausdrücken.

In Gleisrichtung kann keine Fliehkraft entstehen, da der Wagen in Gegenrichtung zu den Gleisen ausweicht. Fliehkraft entsteht nur dort wo die Masse einer Kreisbahn folgt.
Durch das Ausweichen des Wagens ist keine Kreisbahn mehr gegeben.
Fliehkraft steht nur senkrecht zur Gleisrichtung an, siehe Skizze.

Ich vermute die Bahnkurve der Kugel entspricht einer doppelten Herzkurve.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

burri · Anmeldungsdatum: 30.09.2011 Beiträge: 159

mit deiner Skizze habe ich Verständnisprobleme.

Nochmal mit eigenen Worten:

Da in Gleisrichtung die Abstützung des Systems fehlt, gibt es in dieser Richtung keine Zentripetalkraft, die die Kugel in einer Kreisbahn führt.

Da wo keine Zentripetalkraft ist, ist auch keine Fliehkraft.

Falls meine Annahme falsch ist, möchte ich dich um eine leicht verständliche Antwort bitten.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Ich habe doch geschrieben das egal welche Kurve ein Objekt beschreibt, ob Ellipse, Hyperbel, Kreis sonstige Kurven ist immer eine Zentripetalkraft nötig, denn solche Kurven kannsd du in kleine Abschnitte zerlegen, die du als Kreisabschnitt behandeln kannsd (google nach Krümmungsradius)

Deine Annahme das es nur eine Zentripetalkraft und somit Fliehkraft auf einer reinen Kreisbahn gibt ist falsch.

du wirsd ja wohl einsehen das die Kugel da im Inertialsystem keine Gerade beschreibt sondern die Richtung ihrer Geschwindigkeit dauernd ändert,
Weiters habe ich gesagt du sollst dir vorstellen du würdest dich mit dem Punkt O mitbewegen, was siehst du?

Die Kugel macht dann für dich eine reine Kreisbewegung.
Es wirkt aufjedenfall eine Fliehkraft bzw Zentripetalkraft, diesen Term bekommst du auch nicht weg wenn du ins Inertialsystem wechselst und nur die Gleisrichtung betrachtest.

Wenn du das nicht verstehst dann lerne Mechanik und dann reden wir weiter, ansonsten hat die Diskussion und weitere Ausführungen von mir keinen Sinn.
Ich kann ja auch nicht einfach zum Arzt gehen, er soll mir mal schnell erklären wie ne Herztransplantation geht.

VeryApe · Anmeldungsdatum: 10.02.2008 Beiträge: 3247

Vielleicht verstehst du das als letzten Versuch.
Lassen wir den Motor und die Winkelbeschleunigung alpha weg.
Das geht aber nur wenn wir ein Haltemoment berücksichtigen, das die Winkelgeschwindigkeit konstant hält, denn ohne dieses Moment das zum Beispiel durch die Hand aufgebracht werden kann oder durch irgend eine Vorrichtung, müssten wir auf jedenfall die winkelbeschleunigung mitberücksichtigen, da F nicht im Schwerpunkt der Kugel angreift, der Sachverhalt ist halt etwas komplizierter sodass man ihn nicht einfach erklären kann, ohne gewisse Hilfsmittel.

Verfolge die Skizzen du denkst eigentlich richtig nur deine aussage das die Fliehkraft als nicht vorhanden betrachtest ist falsch, die bekommst in deiner Betrachtung nicht weg.

burri · Anmeldungsdatum: 30.09.2011 Beiträge: 159

Danke VeryApe für deine Ausführungen.

Weshalb der Hubweg des Wagens bei Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit der Kugel konstant bleibt , ist mir dadurch verständlich geworden.

burri