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Fly
Gast
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 Fly Verfasst am: 10. Okt 2005 17:15 Titel: Verständnisproblem: Trägheit |
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Hallo!
Wir haben derzeit in Physik das Thema "Trägheit" ... was ja eigentlich nichts wirklich schweres oder kompliziertes ist. Ich habe nur folgendes Problem:
Unser Lehrer sagt:
Wenn ein Aufzug an einem Seil hängt und sich nicht bewegt (der Aufzug), dann besteht ein Kräftegleichgewicht ... logisch!
Jetzt sagt er aber, dass wenn der Aufzug nach unten fährt, das ganze nicht mehr im Kräftegleichgewicht(KGG) ist. Was ja eigentlich auch logisch ist, da sich das ganze ja bewegt. Ich finde aber, dass sich ja eigentlich am KGG nichts ändert, da ja nur das Seil verlängert wird. Also wird nach meiner Logik (die sicherlich falsch ist), nicht das KGG grundlegend verändert, sondern nur an eine andere Position gebracht. Und müsste das Seil denn nicht reisen, wenn die Kraft des Aufzugs größer ist, als die des Seils? Aber das tut das Seil ja nicht, da es einfach nur verlängert wird ...
Ich hoffe ihr versteht mein Problem. Ich bin mir sicher, dass unser Lehrer da Recht hat (der Herr Dr. Prof.) ... aber ich steh da voll aufm Schlauch! 
Hoffe ihr könnt mir helfen  |
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Neko
Anmeldungsdatum: 04.07.2004
Beiträge: 526
Wohnort: Berlin
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| Neko Verfasst am: 10. Okt 2005 17:24 Titel: |
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Fakt ist: Wenn sich ein Körper mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt, wirken keine Kräfte auf ihn. Diese Behauptung gilt auch rückwärts. Wenn sich also ein Fahrstuhl nach unten bewegt, dann macht er das mit konstanter Geschwindigkeit. Es herrscht immer noch das Kräftegleichgewicht, das erkennst du daran, dass das Seil gespannt ist. Außer du sitzt in einem Fahrstuhl der sich beschleunigt nach unten bewegt  Ich kenn jedenfalls keinen, der das macht 
PS: Was habt ihr denn für einen Physik-Lehrer? 
Edit: Selbst ein Planet, der um ein Zentralgestirn kreist (im Idealfall kreisförmig, im meisten Fall in einer Ellipse) befindet sich im Kräftegleichgewicht. Hier aber vorsicht: Seine Geschwindigkeit (engl. Velocity) verändert sich stets, seine Schnelligkeit (engl. Speed) bleibt gleich, wobei Velocity vektoriell gemeint ist, Speed skalar.
Aber generell kannst du an einem System immer sehen, ob ein Kräfte-Überschuss besteht, wenn sich irgendetwas darin beschleunigt bewegt. Bewegt sich alles mit gleicher Geschwindigkeit, wirkt entweder keine Kraft, oder alle Kräfte annihilieren sich |
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Fly
Gast
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| Fly Verfasst am: 10. Okt 2005 17:32 Titel: |
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Aha ... also war meine Theorie doch nicht so doof! 
Und unser Physiklehrer ist wirklich leicht seltsam. Wenn man auf seine Fragen mit Gegenfragen antwortet, macht sein ganzes Konzept nen Abflug und er gerät völlig aus der Fassung. Aber das ist trotzdem das erste Jahr, in dem mir Physik Spaß macht. Vorher wäre mir sogar diese Überlegung zu viel gewesen. Da hatten Unterricht so, dass der Lehrer reinkam und 45 Minuten unverständliche Sachen an die Tafel geschrieben hat ... echt klasse 
Naja... das war Off-Topic!
Jetzt die nächste Frage: Wenn der Fahrstuhl also vom Ruhestand in den ... "Abwärtsgang" kommt, dann wirken ja Kräfte auf ihn. Das würde ja wiederum bedeuten, dass es kein KGG mehr gibt. Allerdings wird ja auch da nur das Seil verlängert. Der Aufzug wird ja nicht schwerer. Und wenn F;Aufzug größer als F;Seil ist, müsste das Seil doch reisen, oder nicht?
Danke für die Antwort ...  |
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Neko
Anmeldungsdatum: 04.07.2004
Beiträge: 526
Wohnort: Berlin
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| Neko Verfasst am: 10. Okt 2005 17:46 Titel: |
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| Fly hat Folgendes geschrieben: | | Jetzt die nächste Frage: Wenn der Fahrstuhl also vom Ruhestand in den ... "Abwärtsgang" kommt, dann wirken ja Kräfte auf ihn. Das würde ja wiederum bedeuten, dass es kein KGG mehr gibt. Allerdings wird ja auch da nur das Seil verlängert. Der Aufzug wird ja nicht schwerer. Und wenn F;Aufzug größer als F;Seil ist, müsste das Seil doch reisen, oder nicht? |
Hehe, nein. Nochmal: Wenn sich der Aufzug bewegt, meinetwegen vom 5. in den 4. Stock, beginnt sich die Rolle, an der das Seil aufgewickelt ist, kontrolliert zu drehen. Kontrolliert bedeutet, dass die Rolle irgendwie abgebremmst wird. Die Kabine hat natürlich durch die an ihr wirkende Gewichtskraft das Bestreben, sich nach unten zu beschleunigen, das wär aber für die Fährgäste mit ihren Einkaufstüten, Gepäck etc. nicht wirklich komfortabel, also muss diese Beschleunigung nach unten durch eine Beschleunigung nach oben kompensiert werden. Diese übernimmt die Bremse an der Rolle, die wiederum eine Kraft auf die Rolle auswirkt. Durch die Reibung entsteht natürlich Wärme, die abgeleitet werden muss. Ach ich hab von Aufzugtechnik keine Ahnung, aber irgendwie so wird das Funktionieren. Also dadurch, dass sich das Seil mit gleichbleibender Geschwidigkeit abrollt (die sich drehende Rolle besitzt somit auch keine Winkelbeschleunigung also  ) senkt sich auch der Aufzug mit gleichbleibender Geschwindigkeit, alle Kräfte gleichen sich aus! Anders wäre es, wenn das Seil reißen würde. Der Fahrstuhl würde sich dann beschleunigt gen Richtung Erdboden bewegen. Hier hättest du dann ein beschleunigtes System, in dem kein Kräftegleichgewicht mehr herrscht. Interessant ist wieder ein anderer Aspekt: Angenommen der Schacht sei 10 km lang, dann würde der Fahrstuhl so lange beschleunigen, bis die Luftreibungskraft (wäre der Fahrstuhl eine Kugel, könnte man sie leicht mit Stokes berechnen) die Gewichtskraft ausgleichen würde. Dann nämlich würde sich der Fahrstuhl wieder gleichförmig mit konstanter Geschwindigkeit bewegen. |
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Fly
Gast
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| Fly Verfasst am: 10. Okt 2005 17:54 Titel: |
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Also die Antwort habe ich jetzt nicht ganz verstanden ...
Ist der Aufzug jetzt auch bei der Beschleunigung nach unten im KGG? |
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Neko
Anmeldungsdatum: 04.07.2004
Beiträge: 526
Wohnort: Berlin
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| Neko Verfasst am: 10. Okt 2005 18:00 Titel: |
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Nein, dann nicht. Wenn das Seil reißt, beschleunigt er ja --> Kraftüberschuss, kein Kräftegleichgewicht. Reißt das Seil nicht, heißt das konstante Geschwindigkeit ( ) ---> Kräftegleichgewicht |
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Gast
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| Gast Verfasst am: 10. Okt 2005 21:40 Titel: |
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@Neko: Dein Planetenvergleich ist falsch. Geschwindigkeit ist immer eine vektorielle Größe und ist bei einem Planeten nicht immer gleich, weil der sich auf einer Ellipse befindet. Die einzige Skalare Größe, die hier erhalten bliebt ist die Energie. Von daher ist mir schleierhaft, was du mit der Schnelligkeit und der Geschwindigkeit hier willst. |
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Gast
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| Gast Verfasst am: 11. Okt 2005 01:47 Titel: |
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Er meint den Betrag der Geschwindigkeit. |
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Gast
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| Gast Verfasst am: 11. Okt 2005 11:31 Titel: |
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moin.
Nochmal zur Ausgangsfrage.
Während der Aufzug mitten in der gleichförmigen Bewegung z.B. nach unten ist, er also mit konstanter Geschwindigkeit fährt, herrscht kein KGG. Schwerkraft vs. Bremskraft an der Seilrolle. Wenn man genau hinsieht müsste man sagen: Die Schwerkraft beschleunigt den Aufzug permanent nach unten, die Rolle gleicht diese Beschleunigung gerade aus, so dass ein gleichförmige Bewegung nach unten zustande kommt. Also kein KGG. Schwerkraft überwiegt. Vergleiche Tauziehen: Eine Mannschaft zieht stärker, die andere bremst durch (kleinere) Gegenkraft, das Seil bewegt sich (vielleicht sogar mit konstanter Geschwindigkeit) in ihre Richtung. Aber: unterm Strich bewegt sich der Aufzug mit konstanter Geschwindigkeit. Und das tun im idealen Modell auch kräftefreie Körper. D.h. man vergisst jetzt das Zustandekommen und die Details, um ein Modell zu haben, in dem man das Trägheitsprinzip erkennen kann. Sowas tut man in der Physik ständig (vgl. Ausdrücke wie "unter Vernachlässigung der Reibung blablabla..."). Jetzt kommt der Trägheitssatz: Ein kräftefreier Körper ist bestrebt seinen momentanen Bewegungszustand beizubehalten. D.h. beim Anhalten: die Bremskraft an der Rolle wird größer, Personen im Aufzug wollen ihren Bewegungszustand (gleichförmige Bewegung) aber beibehalten, und werden deshalb beim Bremsen "gestaucht". Genauso beim Losfahren: Personen im Aufzug wollen ihren Bewegungszustand (Ruhe) beibehalten, der Aufzugboden geht aber nach unten weg, sie werden "gelupft". |
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Neko
Anmeldungsdatum: 04.07.2004
Beiträge: 526
Wohnort: Berlin
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| Neko Verfasst am: 11. Okt 2005 13:03 Titel: |
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| Anonymous hat Folgendes geschrieben: | | Geschwindigkeit ist immer eine vektorielle Größe und ist bei einem Planeten nicht immer gleich |
Ich hab nie das Gegenteil behauptet
| Anonymous hat Folgendes geschrieben: | | weil der sich auf einer Ellipse befindet. Die einzige Skalare Größe, die hier erhalten bliebt ist die Energie. Von daher ist mir schleierhaft, was du mit der Schnelligkeit und der Geschwindigkeit hier willst. |
Im allgemeinen Fall, wenn die Kreisbahn eine Ellipse ist, hast du vollkommen Recht. Ich bezog mich auch auf die Planetenbahn als Kreis, bei der die Schnelligkeit immer gleich ist, die Geschwindigkeit aber nicht.
| Anonymous hat Folgendes geschrieben: | | Die Schwerkraft beschleunigt den Aufzug permanent nach unten, die Rolle gleicht diese Beschleunigung gerade aus, so dass ein gleichförmige Bewegung nach unten zustande kommt. |
Das kannst du so nicht sagen. Wenn die Schwerkraft zum Erdmittelpunkt zeigt und die Bremskraft vektoriell dagegen, und du die resultierende berechnen willst, kommt immer noch eine Kraft heraus. Der Betrag dieser Kraft geteilt durch die Masse des Aufzuges wird immer eine Beschleunigung ergeben. Der Fahrstuhl beschleunigt sich aber nicht, sondern bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, folglich wirkt auch keine resultierende Kraft an ihm. Lex Prima sagt klar: Ein Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung solange die Summe aller auf ihn einwirkenden Kräft null ist Wir haben definitiv ein Kräftegleichgewicht! Die Tatsache, dass er sich trotzdem bewegt, obwohl keine resultierende Kraft angreift rührt daher, dass sich die Rolle, an der das Seil aufgewickelt wird, mit konstanter Winkelgeschwindigkeit dreht. Der Fahrstuhl hat eine Masse und eine Geschwindigkeit, was bedeutet, dass er auch eine kinetische Enerige hat. Beim Abremsvorgang wird diese kinetische Energie dann über die Bremsen in Wärme umgewandelt.
PS: Logt euch mal ein, sonst weiß man nicht, wer gerade spricht |
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Gast
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| Gast Verfasst am: 11. Okt 2005 14:23 Titel: |
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| Neko hat Folgendes geschrieben: | | Fly hat Folgendes geschrieben: | | Jetzt die nächste Frage: Wenn der Fahrstuhl also vom Ruhestand in den ... "Abwärtsgang" kommt, dann wirken ja Kräfte auf ihn. Das würde ja wiederum bedeuten, dass es kein KGG mehr gibt. Allerdings wird ja auch da nur das Seil verlängert. Der Aufzug wird ja nicht schwerer. Und wenn F;Aufzug größer als F;Seil ist, müsste das Seil doch reisen, oder nicht? |
Hehe, nein. Nochmal: |
Das ist verwirrend und deshalb wunderts mich nicht, dass Fly das nicht ganz verstanden hat.
Im Übergangsmoment von der Ruhe zur gleichmäßigen Bewegung wirken Kräfte, egal ob bergauf oder bergab, soweit liegt Fly richtig. |
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Neko
Anmeldungsdatum: 04.07.2004
Beiträge: 526
Wohnort: Berlin
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| Neko Verfasst am: 11. Okt 2005 15:40 Titel: |
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Klar wirken die Kräfte, aber sie sind entgegengesetzt gleich. Wenn eine Kraft an der Kabine angreifen würde, würde sie beschleunigt werden. Für einen sehr kurzen Moment wirken vielleicht Kräfte, der Fahrstuhl erreicht ja seine Fahrgeschwindigkeit nicht in 0 Sekunden. Während des Fahrens herrscht aber das KGG |
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Fly
Gast
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| Fly Verfasst am: 11. Okt 2005 17:10 Titel: |
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Zusammenfassung:
1. Ruht der Aufzug, ist er im KGG.
2. In der Phase zwischen Ruhe und Abfahrt beschleunigt er, es wirkt eine Kraft auf ihn und deshalb ist das KGG kurzzeitig außer Kraft gesetzt (?)
3. Der Aufzug fährt dann weiter konstant nach unten. Die Kräfte gleichen sich wieder aus = KGG gilt!
4. Beim anhalten wir der Aufzug wieder abgebremst und das KGG gilt nicht.
5. = 1.
stimmt das?  |
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Dieter5858
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.08.2004
Beiträge: 696
Wohnort: Hamburg
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| Dieter5858 Verfasst am: 11. Okt 2005 17:17 Titel: |
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ICH
bin ja nicht so der Held in diesem Gebiet.
Aber eins kann ich sagen:
| Zitat: | | Reißt das Seil nicht, heißt das konstante Geschwindigkeit () ---> Kräftegleichgewicht |
Das ist leider falsch Neko.
Zumindest die Formlulierung,
wahrscheinlich hast dus richtig gemeint und
wenn ich falsch liege bitte korrigieren.
Aber du kannst mir mal erklären wie sich ein Fahrstuhl in Bewegung setzten soll ohne das eine Kraft auf ihn wirkt.
Also solange der Fahrstuhl beschleunigt oder bremst (was er beim auf und ablassen tun muss) würd ich sagen ist da kein Kräftegleichgewicht.
Fährt der Fahrstuhl mit einer konstanten Geschwindigkeit dann ist das mit sicherheit richtig.
Wer schonmal in den 96. Stock gefahren ist merkt das der Fahrstuhl grob geschätzt 30 Stockwerke lang beschleunigt und auch 30 Stockwerke lang abbremst.
Das ganze Sysmte kann man wahrscheinlich auch aufs Auto übertragen, wenn man in den Sitz gedrückt wird (Der Sitz drückt sich gegen den "Sitzer").
Wenn man 300km/h fährt heisst das nicht das man in den Sitz gedrückt.
wird.
Denkt mal drüber nach
MfG Dieter |
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Fly
Gast
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| Fly Verfasst am: 11. Okt 2005 18:19 Titel: |
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| Zitat: | | Wenn man 300km/h fährt heisst das nicht das man in den Sitz gedrückt. |
Ja, solange der Körper sich auch konstant mit 300 km/h fortbewegt. Ist der Körper aber ruhend oder bewegt sich sogar in die gegengesetzte Richtung zerfetzt es einen ja fast (wenn das Auto schon mit 300 km/h das Fahren anfängt ) |
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Neko
Anmeldungsdatum: 04.07.2004
Beiträge: 526
Wohnort: Berlin
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| Neko Verfasst am: 11. Okt 2005 18:42 Titel: |
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| Dieter5858 hat Folgendes geschrieben: |
Zumindest die Formlulierung,
wahrscheinlich hast dus richtig gemeint und
wenn ich falsch liege bitte korrigieren.
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So hab ichs gemeint, wie du erläutert hast. Hab mich zu ungenau ausgedrückt Mein Fehler. Hab mich nur auf die Abwärtsbewegung bezogen, beim Übergang von der Ruhe in die Abwärtsfahrt wirkt natürlich eine Kraft. Glaub langsam haben wir's |
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