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Rotierende Scheiben aneinanderdrücken
 
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R3fleXi0n



Anmeldungsdatum: 10.11.2018
Beiträge: 20

Beitrag R3fleXi0n Verfasst am: 08. Dez 2018 20:48    Titel: Rotierende Scheiben aneinanderdrücken Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Zwei Kreisscheiben rotieren im selben Umlaufsinn um ihre jeweilige Symmetrieachse. Scheibe 1 hat den Radius R1 = 10.0 cm und rotiert mit der Umlauffrequenz v1 = 8.0 Hz, Scheibe 2 hat R2 = 7.5 cm und v2 = 5.0 Hz. Beide Scheiben sind H = 10mm dick und aus Aluminium (Dichte PAL = 2700 kg/m3). Nun werden die Scheiben aneinander geschoben, sodass sich ihre rotierenden Außenkanten berühren. Dabei wird die Anpresskraft von Null weg kontinuierlich um 0.5N/s erhöht. Wie lange dauert es ab Berührung, bis die Scheiben wieder mit konstanten Geschwindigkeiten rotieren? Gleitreibung zwischen Aluminium und Aluminium: uG = 0.20. Vernachlässigen Sie alle anderen Reibungseffekte.

Meine Ideen:
Habe Masse, Trägheitsmoment, Winkelfrequenz und Rotationsenergie der beiden Scheiben ausgerechnet. Aber ich weiß nicht wie ich das Aneinanderdrücken berechnen soll.
Danke im Voraus.
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 09. Dez 2018 10:36    Titel: Antworten mit Zitat

Ganz klar ist mir nicht, wie die beiden Scheiben zueinander orientiert sind. Aber grundsätzlich bewirkt die Kraft auf beide Scheiben ein Drehomoment



wenn der Radius der Scheibe i ist. Dies führt zu einer Änderung der Winkelgeschwindigkeit



(=Massenträgheitsmoment der Scheibe i). Achtung, hier muss das Vorzeichen noch richtig gesetzt werden, die Rotation der Scheibe wird je nachdem beschleunigt oder abgebremst. Für die Winkelgeschwindigkeit ergibt sich daher



Nun kann man noch die beiden Winkelgeschwindigkeiten gleichsetzen und erhält damit die gesuchte Zeit t.

PS: Man könnte vielleicht denken, dass der Gesamtdrehimpuls der beiden Scheiben erhalten bliebe und so auf die Winkelgeschwindigkeit schliessen, die beide Scheiben nach Angleichung erreichen. Dies wird aber nicht funktionieren, da auf die Achsen der Scheiben Drehmomente wirken und der Gesamtdrehimpuls der Scheiben deshalb nicht erhalten bleibt.
R3fleXi0n



Anmeldungsdatum: 10.11.2018
Beiträge: 20

Beitrag R3fleXi0n Verfasst am: 09. Dez 2018 14:31    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo, erstmal danke für die ausführliche Antwort. Ich habe versucht es so weit wie möglich zu verstehen, aber bei der Integrale hatte ich dann meine Probleme weil ich in der Physik zuvor noch nicht damit gearbeitet habe.

Habe die Formeln und Variablen meinem Skript angepasst, ist das bis dahin korrekt?

Nun frage ich mich was ergibt?

Siehe Anhang.

MfG



b.jpg
 Beschreibung:
Integral ausrechnen

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a.jpg
 Beschreibung:
Formeln an Skript angepasst

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Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 09. Dez 2018 15:09    Titel: Antworten mit Zitat

R3fleXi0n hat Folgendes geschrieben:
Nun frage ich mich was ergibt?

So wie ich es sehe, hast Du das Integral ja schon bestimmt. Es ist



Später ging dann glaube ich ein Faktor t in Deiner Rechnung verloren.
Von den Einheiten her sind Deine Notizen nicht ganz korrekt, denn die Kraft ist nicht F(t)=1/2*t - sondern man müsste dann schreiben


Rechne doch mal die gesuchte Zeit aus. Und schreib bitte nochmals genau, wie die beiden Scheiben zueinander stehen, vielleicht mit Skizze. Wenn die Scheiben zu Beginn gleichsinnig laufen, verstehe ich es dann richtig, dass beide Scheiben abgebremst werden?
Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 09. Dez 2018 15:46    Titel: Antworten mit Zitat

PS: Ich muss mich korrigieren: anders als ich oben geschrieben habe, ist es nicht korrekt, zu setzen. Die Scheiben rotieren nach dem Andrücken nicht mit derselben Winkelgeschwindigkeit, sondern mit der gleichen Umlaufgeschwindigkeit (allenfalls, je nach Anordnung, gegenläufig). Bei der gesuchten Zeit t gilt also . Bitte um Entschuldigung, falls Verwirrung entstanden sein sollte.
R3fleXi0n



Anmeldungsdatum: 10.11.2018
Beiträge: 20

Beitrag R3fleXi0n Verfasst am: 09. Dez 2018 15:47    Titel: Antworten mit Zitat

Myon hat Folgendes geschrieben:
R3fleXi0n hat Folgendes geschrieben:
Nun frage ich mich was ergibt?

So wie ich es sehe, hast Du das Integral ja schon bestimmt. Es ist



Später ging dann glaube ich ein Faktor t in Deiner Rechnung verloren.

Ja mir ist nicht wirklich klar was mit t' und dt' gemeint ist.. Warum nicht einfach t?

Habe die Skizze angehängt. Am Anfang drehen sie in die gleiche Richtung, am Ende dreht die kleinere Scheibe in die entgegengesetzte Richtung.



skizze.PNG
 Beschreibung:
Skizze
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skizze.PNG



aufgabe.jpg
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Aufgabe
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aufgabe.jpg


Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 09. Dez 2018 16:05    Titel: Antworten mit Zitat

würde sich linear mit der Zeit ändern, falls das Drehmoment und damit die Drehbeschleunigung konstant wären. Das ist hier aber nicht der Fall, das Drehmoment nimmt linear mit der Zeit zu. Anschaulich kann man sich das erklären, wenn man die Fläche unter der Kurve betrachtet.
Was das dt betrifft, das ist am Ende ein symbolischer Ausdruck und einfach die übliche Notation, wie ein Integral geschrieben wird. Sonst vielleicht einmal zu diesem Thema in einem Buch oder in der Wikipedia nachlesen.
Bevor Du weiterrechnest: ich hoffe, Du hast meine obige Korrektur gesehen.
R3fleXi0n



Anmeldungsdatum: 10.11.2018
Beiträge: 20

Beitrag R3fleXi0n Verfasst am: 09. Dez 2018 19:05    Titel: Antworten mit Zitat

Myon hat Folgendes geschrieben:

Was das dt betrifft, das ist am Ende ein symbolischer Ausdruck und einfach die übliche Notation, wie ein Integral geschrieben wird. Sonst vielleicht einmal zu diesem Thema in einem Buch oder in der Wikipedia nachlesen.


Ja also was dt ist weiß ich, es ging mir dabei um das Apostroph (also warum t' und dt' und nicht einfach t und dt?).

Myon hat Folgendes geschrieben:

Bevor Du weiterrechnest: ich hoffe, Du hast meine obige Korrektur gesehen.


Ja nur kommt bei der Gleichung t = 0 raus, also irgendwas stimmt da noch nicht.. [/quote]



gleichung.jpg
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Myon



Anmeldungsdatum: 04.12.2013
Beiträge: 5836

Beitrag Myon Verfasst am: 09. Dez 2018 23:24    Titel: Antworten mit Zitat

Nur kurz, zum t' im Integral: den Apostroph habe ich nur gesetzt, da die Variable t bereits in den Integralgrenzen auftritt. Die Variable im Intgrand soll von 0 bis t laufen und kann nicht t selbst sein.

Zur Aufgabe selbst: hier also nochmals die Gleichungen für :



Das Minus kommt daher, weil in beiden Fällen das Drehmoment entgegen der Winkelgeschwindigkeit wirkt.

Nun setzt man

In dieser Gleichung steht ein Minus, da die Scheiben nach dem Aneinanderdrücken gegenläufig drehen, die Winkelgeschwindigkeiten also unterschiedliche Vorzeichen haben.

Löst man die obige Gleichung nach t auf, erhalte ich t=4.75s, es ist aber gut möglich, dass mir ein Rechenfehler unterlaufen ist.
R3fleXi0n



Anmeldungsdatum: 10.11.2018
Beiträge: 20

Beitrag R3fleXi0n Verfasst am: 10. Dez 2018 20:12    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank du bist meine Rettung!
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