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Der Energiesatz: Geschw. berechnen mit Trägheitsmoment
 
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KevinMac
Gast





Beitrag KevinMac Verfasst am: 01. Dez 2018 14:39    Titel: Der Energiesatz: Geschw. berechnen mit Trägheitsmoment Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Aufgabenstellung: Berechnen Sie die Geschwindigkeit, die eine Eisenkugel mit 3cm Durchmesser hat, nachdem sie eine Rampe von 20cm Höhe hinuntergerollt ist. Trägheitsmoment der Kugel ist: J=2/3 * masse * radius²

Wie soll man das berechnen?

Meine Ideen:
Ich habe versucht mit dem Energiesatz gleichzusetzen:
Rotationsenergie = Kinetische energie -> aber hier löst sich alles auf

(2*m*v²) / 6 = (m*v²) 2
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5878

Beitrag Myon Verfasst am: 01. Dez 2018 15:14    Titel: Re: Der Energiesatz: Geschw. berechnen mit Trägheitsmoment Antworten mit Zitat

KevinMac hat Folgendes geschrieben:
Ich habe versucht mit dem Energiesatz gleichzusetzen:
Rotationsenergie = Kinetische energie -> aber hier löst sich alles auf

Mit der Energieerhaltung kann man hier schon rechnen, aber die obige Gleichung hilft nicht weiter.

Oben auf der Rampe hat die Kugel nur potentielle Energie. Diese wird beim Hinunterrollen in kinetische Energie (Translation und Rotation) umgewandelt. Wenn also h die Rampenhöhe ist, gilt



(hier sind Erot und Etrans die Rotations- und Translationsenergie am Ende der Rampe). Diese Gleichung kannst Du dann nach v auflösen.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 01. Dez 2018 15:27    Titel: Antworten mit Zitat

Eine ziemlich unklare Aufgabenstellung. Gehört diese Angabe

KevinMac hat Folgendes geschrieben:
Trägheitsmoment der Kugel ist: J=2/3 * masse * radius²


zum originalen Aufgabentext, oder ist das eine Vermutung, die Du selber beigesteuert hast? Falls das eine Originalangabe ist, handelt es sich nicht um eine massive Eisenkugel, sondern um eine Eisenblech-Hohlkugel mit einer sehr geringen Wandstärke d<<r.

KevinMac hat Folgendes geschrieben:
Ich habe versucht mit dem Energiesatz gleichzusetzen:


Die Verwendung des Energieerhaltungssatzes ist schon mal gut. Aber das hier

KevinMac hat Folgendes geschrieben:
Rotationsenergie = Kinetische energie


in Verbindung mit

KevinMac hat Folgendes geschrieben:
(2*m*v²) / 6 = (m*v²) 2


ist dann doch sehr fragwürdig. Was ist das überhaupt für eine Gleichung? Linke Seite und rechte Seite unterschiedlich, also ist das Gleichheitszeichen falsch! Fazit: Das ist überhaupt keine Gleichung!

Der Energiesatz müsste im vorliegenden Fall lauten:
entweder
- potentielle Energie ist gleich der Rotationsenergie um den Momentanpol
oder
- potentielle Energie ist gleich dem translatorischen plus dem rotatorischen Anteil der kinetischen Energie um den Mittelpunkt

Also enweder


oder


Wie man sieht, entspricht der translatorische Anteil der kinetischen Energie (zweite Gleichung) gerade dem Steineranteil in JMP (erste Gleichung).

Die Angabe des Kugelradius ist übrigens überflüssig und dient nur der Verwirrung.
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5878

Beitrag Myon Verfasst am: 01. Dez 2018 15:52    Titel: Antworten mit Zitat

Dass das oben angegebene Massenträgheitsmoment etwas speziell ist und von demjenigen einer Vollkugel abweicht, ist mir gar nicht aufgefallen...
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