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Körper stößt auf eine Feder elastisch
 
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Dreistein007



Anmeldungsdatum: 11.01.2016
Beiträge: 712

Beitrag Dreistein007 Verfasst am: 14. März 2017 23:18    Titel: Körper stößt auf eine Feder elastisch Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo,

Ein Massenpunkt stößt elastisch senkrecht auf eine Wand. Die wirkenden Kräfte stelle man durch die Verformung einer elastischen Feder dar. Diskutieren Sie den Bewegungsablauf, und berechnen Sie den auf den Massenpunkt wirkenden Kraftstoß.

Stimmt das so?
Und ist am Ende wirklich der Kraftstoß so?

Meine Ideen:
Siehe Attachments:



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hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 15. März 2017 08:16    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

Frage zu Deiner Skizze:
Warum herrscht im Punkt x0 ein Kräftegleichgewicht?
Welche Kräfte sind genau bei x0 Deiner Meinung nach im Gleichgewicht?

Gruß
Dreistein007



Anmeldungsdatum: 11.01.2016
Beiträge: 712

Beitrag Dreistein007 Verfasst am: 15. März 2017 09:04    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

er müsste herrschen, weil ab dort die Feder nicht mehr weiter gedehnt werden kann, und dadurch der maximale Kraftstoß ausgeschöpft wird.
hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 15. März 2017 09:17    Titel: Antworten mit Zitat

an der Stelle x0 ist doch die Federkraft maximal, wie kann dort ein Kräftegleichgewicht herrschen? Dann müsste es eine zweite Kraft geben, die gleich groß aber entgegengesetzt der Federkraft wirkt. Welch Kraft soll das sein?
Außerdem ist an der Stelle x0 auch die Beschleunigung maximal, und bei einem Kräftegleichgewicht müsste doch die Beschleunigung eigentlich Null sein, oder?

Du darfst bei dynamischen Prozessen nicht "statisch" denken.
Dreistein007



Anmeldungsdatum: 11.01.2016
Beiträge: 712

Beitrag Dreistein007 Verfasst am: 15. März 2017 15:01    Titel: Antworten mit Zitat

Ja die maximale Federkraft entspricht der einwirkenden Kraft.
Die Federkraft ist proportional zur ausgedehnten Länge.
Ja bei einem Kräftegleichgewicht müsste die Beschleunigung null sein.
Die Feder speichert ja Energie.
Ansonsten verstehe ich jetzt nicht was du meinst, bzw. worauf es hinausgeht.
hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 15. März 2017 15:12    Titel: Antworten mit Zitat

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:
Ja die maximale Federkraft entspricht der einwirkenden Kraft.
Die Federkraft ist proportional zur ausgedehnten Länge.

und die ist bei x0 maximal.

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:

Ja bei einem Kräftegleichgewicht müsste die Beschleunigung null sein.

ist die Beschleunigung bei x0 denn Null?

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:

Die Feder speichert ja Energie.

Ja, aber was hat das mit einem Kräftegleichgewicht zu tun?

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:

Ansonsten verstehe ich jetzt nicht was du meinst, bzw. worauf es hinausgeht.

Ich möchte darauf hinaus, dass im Punkt x0 KEIN Kräftegleichgewicht vorliegt, wie Du behauptest.
Dreistein007



Anmeldungsdatum: 11.01.2016
Beiträge: 712

Beitrag Dreistein007 Verfasst am: 15. März 2017 15:36    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo ,
Ah so, dann ist die Federkraft größer als die einwirkende Kraft im Maximu.
Aber wie kann es dann sein dass die Feder trotzdem gestaucht wird. Das verstehe ich gerade nicht.
hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 15. März 2017 15:50    Titel: Antworten mit Zitat

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:
Hallo ,
Ah so, dann ist die Federkraft größer als die einwirkende Kraft im Maximu.

welche "einwirkende Kraft"???
Die einzige Kraft, die auf die Punktmasse wirkt, ist doch die Federkraft.

Ich weiß, Du bist seit kurzem Freund von d'Alembert. Das heißt, Du fasst m*a aus dem 2. Newton'schen Axiom als "Trägheitskraft" auf. Wenn Du es so betrachten möchtest, dann hast Du die ganze Zeit über ein Kräftegleichgewicht (wobe die Trägheitskraft eine Scheinkraft ist).

Wie Du es auch betrachten möchtest, entweder hast Du IMMER ein Kräftegleichgewicht (d'Alembert), oder Du hast nur bei völlig entspannter Feder keine Kraft wirken (Newton).

Keinesfalls hast Du nur im Punkt x0 ein Kräftegleichgewicht.
Dreistein007



Anmeldungsdatum: 11.01.2016
Beiträge: 712

Beitrag Dreistein007 Verfasst am: 15. März 2017 16:05    Titel: Antworten mit Zitat

Mit der einwirkenden Kraft meinte ich die Federkraft.
Danke für die Infos ansonsten.
Stimmt aber der Rest der Aufgabe oder?
hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 15. März 2017 16:14    Titel: Antworten mit Zitat

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:
Mit der einwirkenden Kraft meinte ich die Federkraft.

Aha, wenn ich also in Deiner letzten Aussage "einwirkende Kraft" durch "Federkraft" ersetze, dann wird daraus:

"Ah so, dann ist die Federkraft größer als die Federkraft im Maximu."
macht Sinn.grübelnd

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:

Stimmt aber der Rest der Aufgabe oder?

Die Rechnungen sind ok, soweit ich das gesehen habe.

Eine Frage noch: Was hast Du da jetzt eigentlich für eine Kraft ausgerechnet?
Erklär mal, was ist.

Gruß
doeka



Anmeldungsdatum: 10.11.2016
Beiträge: 58

Beitrag doeka Verfasst am: 15. März 2017 16:24    Titel: Antworten mit Zitat

Huhu,
Ich hoffe ich bring das noch auf die Reihe, ich möchte auch nur versuchen, das prinzipiell zu erklären

Eigentlich hast du das selber schon getan, nämlich mit dem Energieansatz.
Um aber auf das, was hansguckindieluft schon geschrieben hat zurückzukommen:
Es kann kein Kräftegleichgewicht geben, weil es nur eine Kraft gibt, die auf deinen Massenpunkt wirkt - nämlich die Federkraft, wie du ja selbst schon gesagt hast. Und die wirkt auch erst ab dem Moment, in dem der MAssenpunkt die Feder staucht.
Der Massenpunkt selbst setzt aber - wenn man von konstanter Geschwindigkeit ausgeht - der Federkraft keine Kraft entgegen.

Der Grund, warum die Feder gestaucht wird, ist, dass dein Massenpunkt mit konstanter Geschwindigkeit auch kinetische Energie besitzt, mit dieser kann er sozusagen Deformationsarbeit an der Feder leisten.

Ich hoffe ich mach mich hier nicht zum Ei. Mechanik ist nicht so meine Stärke ...
Dreistein007



Anmeldungsdatum: 11.01.2016
Beiträge: 712

Beitrag Dreistein007 Verfasst am: 16. März 2017 09:13    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,
danke euch,
Hans,
F_Stoß ist die Federkraft
hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 16. März 2017 09:22    Titel: Antworten mit Zitat

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:

F_Stoß ist die Federkraft

zu welchem Zeitpunkt?
Dreistein007



Anmeldungsdatum: 11.01.2016
Beiträge: 712

Beitrag Dreistein007 Verfasst am: 16. März 2017 09:34    Titel: Antworten mit Zitat

Zum Zeitpunkt null
hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 16. März 2017 10:21    Titel: Antworten mit Zitat

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:
Zum Zeitpunkt null


bei t=0 wird die Feder doch noch garnicht gestaucht (siehe Anhang).
Das kann doch also nicht sein, oder?



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Unbenannt.JPG


Dreistein007



Anmeldungsdatum: 11.01.2016
Beiträge: 712

Beitrag Dreistein007 Verfasst am: 16. März 2017 12:01    Titel: Antworten mit Zitat

Ah so. Sie wird bei 90 Grad also 1/2 pi gestaucht.
hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 16. März 2017 12:11    Titel: Antworten mit Zitat

Dreistein007 hat Folgendes geschrieben:
Ah so. Sie wird bei 90 Grad also 1/2 pi gestaucht.

ja, da ist die Federkraft am größten
Aber das ist auch nicht F_Stoß.

Du hast doch für F_Stoß ein Integral ausgerechnet, oder? Was hast Du denn da berechnet?
Dreistein007



Anmeldungsdatum: 11.01.2016
Beiträge: 712

Beitrag Dreistein007 Verfasst am: 17. März 2017 08:23    Titel: Antworten mit Zitat

Na ja, ich habe die Federkraft berechnet.
Das ist ja dieses F_stoß
Ansosnten weiß ich nicht , wie ich das erklären soll
hansguckindieluft



Anmeldungsdatum: 23.12.2014
Beiträge: 1212

Beitrag hansguckindieluft Verfasst am: 17. März 2017 08:43    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, ein letzter Versuch:

Die Federkraft ist doch eine Funktion des Federweges. Das heißt, die Federkraft ist zu jedem Zeitpunkt während des Stoßes eine andere.

Nun hast Du die Federkraft über die gesamte Zeitdauer des Stoßes integriert.
Das Ergebnis des Integrals dividiert durch die Stoßdauer ist Dein F_Stoß.

Was ist F_Stoß jetzt für eine Kraft?

Um die Federkraft zu einem beliebigen Zeitpunkt während des Stoßvorgangs zu berechnen, hättest Du doch nicht integrieren müssen, oder?
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