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Kräftezerlegung / Kugel an der Wand
 
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Wolvetooth



Anmeldungsdatum: 13.01.2019
Beiträge: 260

Beitrag Wolvetooth Verfasst am: 09. Jan 2020 16:32    Titel: Kräftezerlegung / Kugel an der Wand Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo!
ich brauche Hilfe für die folgende Aufgabe:

Eine homogene Kugel mit dem Radius r = 10 cm und der Masse m = 20 kg
hängt an einem dünnen Stahldraht (Radius R = 0,5 mm, Elastizitätsmodul
E = 200 GPa), der im Abstand L = 30 cm oberhalb des Kugelmittelpunkts an
einer Wand befestigt ist (siehe Skizze).

Berechnen Sie:
(a) die Kräfte der Kugel auf den Draht und der Wand auf die Kugel sowie
(b) die Normalspannung mit der der Stahldraht gedehnt wird und dessen
Dehnung.

Meine Ideen:
Für a) habe ich zuerst die Kräfte zerlegt:

(Siehe Bild)

und bin auf gekommen

Dann habe ich versucht, die Kraft der Wand auf die Kugel (Fw) zu berechnen.
Da die Kraft der Wand auf die Kugel sowie die Kraft der Kugel auf der Wand in Gleichgewicht sind:

//(F_{k} entspricht der Kraft der Kugel)

und damit:



Mein Problem ist nur, dass ich komischerweise nicht den Winkel mit Pitagoras berechnen kann.

Für B) habe ich folgende Formeln:

Normalspannung: wobei F bestimmt die Kraft ist, die geübt wird (in diesem Fall die Spannungskraft vermute ich).

Dehnung:

Ich weiß, dass ich etwas falsch mache, ich weiß aber nicht was.
Könnt ihr mir bitte helfen?



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GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 09. Jan 2020 16:48    Titel: Antworten mit Zitat

Wolvetooth hat Folgendes geschrieben:
Mein Problem ist nur, dass ich komischerweise nicht den Winkel mit Pitagoras berechnen kann.


Wolvetooth



Anmeldungsdatum: 13.01.2019
Beiträge: 260

Beitrag Wolvetooth Verfasst am: 10. Jan 2020 01:25    Titel: Antworten mit Zitat

GvC hat Folgendes geschrieben:




Vielen Dank für die Antwort. Was wäre in diesem Fall?
Ich weiß, dass

und dass das Delta

Aber was ist ? (Länge am Ende)


Wie sieht es meine Lösung für B) aus?
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5863
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 10. Jan 2020 09:38    Titel: Antworten mit Zitat

Wolvetooth hat Folgendes geschrieben:
GvC hat Folgendes geschrieben:




Vielen Dank für die Antwort. Was wäre in diesem Fall?
Ich weiß, dass

und dass das Delta

Aber was ist ? (Länge am Ende)


Wie sieht es meine Lösung für B) aus?


Hookesches Gesetz:





PS
Der alte Grieche heisst Pythagoras.
Wolvetooth



Anmeldungsdatum: 13.01.2019
Beiträge: 260

Beitrag Wolvetooth Verfasst am: 10. Jan 2020 15:02    Titel: Antworten mit Zitat

Mathefix hat Folgendes geschrieben:




Naja, die Umwandlung hilft mir leider nicht weiter, ich muss ja wissen, wie viel sich die Länge des Stahldrahtes geändert hat.


Mathefix hat Folgendes geschrieben:

Hookesches Gesetz:




Gleiches Problem mit der Länge Hammer ich habe nur, dass aber nirgendwo steht, dass sich die Länge des Drahtes geändert hat grübelnd

Mathefix hat Folgendes geschrieben:

PS
Der alte Grieche heisst Pythagoras.


Ja, auf Deutsch aber nicht auf Griechisch.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 10. Jan 2020 15:31    Titel: Antworten mit Zitat

Wolvetooth hat Folgendes geschrieben:
...
Naja, die Umwandlung hilft mir leider nicht weiter, ich muss ja wissen, wie viel sich die Länge des Stahldrahtes geändert hat.


Das ist ja gerade der Sinn der Aufgabe. Das musst Du berechnen.

Wolvetooth hat Folgendes geschrieben:
Gleiches Problem mit der Länge :hammer: ich habe nur, dass aber nirgendwo steht, dass sich die Länge des Drahtes geändert hat ?(


Nee, die Länge des Drahtes ist gar nicht gegeben, sondern der (senkrechte) Abstand zwischen Kugelmittelpunt und Aufhängepunkt.

Insofern ist die Bestimmung des Winkel über den Sinus zwar mathematisch richtig, hier aber aus den gegebenen Daten nicht direkt durchführbar. Aus den gebenen Größen lässt sich direkt ablesen, dass



Der Vorschlag in meinem vorigen Beirag

GvC hat Folgendes geschrieben:


ist deshalb falsch.

Richtig wäre gewesen:



Mit l0 = Länge des ungedehnten Drahtes

Tut mir leid, ich hatte die Aufgabe nicht sorfältig genug gelesen.

Dass der Draht gedehnt ist, geht aus der Aufgabenstellung hervor: Der Draht ist elastisch. Er dehnt sich also aus, wenn er belastet wird. Hier ist er belastet, immerhin hängt da 'ne Kugel dran.

Wolvetooth hat Folgendes geschrieben:
Mathefix hat Folgendes geschrieben:

PS
Der alte Grieche heisst Pythagoras.


Ja, auf Deutsch aber nicht auf Griechisch.


Eigennamen werden nicht übersetzt. Oder soll Dein User-Name ab jetzt in Deutsch benutzt werden? Dann müsste er, weil er im Englischen schon falsch geschrieben ist, auch in ein falsches Deutsch übersetzt werden, etwa in Wolv Zahn. Deshalb noch einmal: Eigennahmen werden nicht übersetzt, bestenfalls transkribiert, also von einem Schriftsystem in ein anderes übertragen (z.B. Pythagoras vom griechischen ins lateinische Alphabet). Dazu gibt es bestimmte Transkriptionsregeln, die hier angewendet wurden.


Zuletzt bearbeitet von GvC am 10. Jan 2020 16:12, insgesamt einmal bearbeitet
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5863
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 10. Jan 2020 16:00    Titel: Antworten mit Zitat

Wolvetooth hat Folgendes geschrieben:

Gleiches Problem mit der Länge Hammer ich habe nur, dass aber nirgendwo steht, dass sich die Länge des Drahtes geändert hat grübelnd

Mathefix hat Folgendes geschrieben:

PS
Der alte Grieche heisst Pythagoras.


Ja, auf Deutsch aber nicht auf Griechisch.



= ypsilon
= th

Die Länge des Drahts ändert sich durch die Gewichtskraft der Masse entsprechend dem Hookeschen Gesetz. Deswegen ist doch E angegeben.
Wolvetooth



Anmeldungsdatum: 13.01.2019
Beiträge: 260

Beitrag Wolvetooth Verfasst am: 10. Jan 2020 16:58    Titel: Antworten mit Zitat

GvC hat Folgendes geschrieben:

Nee, die Länge des Drahtes ist gar nicht gegeben, sondern der (senkrechte) Abstand zwischen Kugelmittelpunt und Aufhängepunkt.

Insofern ist die Bestimmung des Winkel über den Sinus zwar mathematisch richtig, hier aber aus den gegebenen Daten nicht direkt durchführbar. Aus den gebenen Größen lässt sich direkt ablesen, dass



Der Vorschlag in meinem vorigen Beirag

GvC hat Folgendes geschrieben:


ist deshalb falsch.

Richtig wäre gewesen:



Mit l0 = Länge des ungedehnten Drahtes

Tut mir leid, ich hatte die Aufgabe nicht sorfältig genug gelesen.

Dass der Draht gedehnt ist, geht aus der Aufgabenstellung hervor: Der Draht ist elastisch. Er dehnt sich also aus, wenn er belastet wird. Hier ist er belastet, immerhin hängt da 'ne Kugel dran.


Ok, also wenn ich es richtig verstanden habe:

Hookesches Gesetz gilt:



Dann ist

wobei

und wobei und

Also:



Und damit ist:

B)

Normalspannung:

Dehnung:

So?

GvC hat Folgendes geschrieben:

Eigennamen werden nicht übersetzt. Oder soll Dein User-Name ab jetzt in Deutsch benutzt werden? Dann müsste er, weil er im Englischen schon falsch geschrieben ist, auch in ein falsches Deutsch übersetzt werden, etwa in Wolv Zahn. Deshalb noch einmal: Eigennahmen werden nicht übersetzt, bestenfalls transkribiert, also von einem Schriftsystem in ein anderes übertragen (z.B. Pythagoras vom griechischen ins lateinische Alphabet). Dazu gibt es bestimmte Transkriptionsregeln, die hier angewendet wurden.


Genau, sie werden nicht übersetzt aber sie werden doch transkribiert. Auf Deutsch ist der Name: Pythagoras, weil er vom griechischen ins lateinische Alphabet so übertragen wurde. Aber in anderenn Sprachen ist es nicht so.
z.B auf Französisch ist: Pythagore
auf Italienisch ist: Pitagora

Auch wenn der Name vom griechischen ins lateinische Alphabet so übertragen wurde, ist der Name nicht überall so geblieben. Der Name meint aber doch die selbe Person, deswegen wären beide Namen: Pitagoras, Phytagore, Phytagoras, usw. trotzdem richtig.

Früher war sogar :
= T (ein hartes T) und nicht ein TH wie z.B auf Deutsch oder wie in anderen Sprachen. Dies erklärt sich wegen der Transkriptionsregeln und wegen der Entwicklung der Neugriechisch.

Sogar:
= i war früher ein "griechisches I" und nicht ein "ypsilon" wie zurzeit
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5863
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Beitrag Mathefix Verfasst am: 10. Jan 2020 18:42    Titel: Antworten mit Zitat

Wolvetooth hat Folgendes geschrieben:


GvC hat Folgendes geschrieben:

Eigennamen werden nicht übersetzt. Oder soll Dein User-Name ab jetzt in Deutsch benutzt werden? Dann müsste er, weil er im Englischen schon falsch geschrieben ist, auch in ein falsches Deutsch übersetzt werden, etwa in Wolv Zahn. Deshalb noch einmal: Eigennahmen werden nicht übersetzt, bestenfalls transkribiert, also von einem Schriftsystem in ein anderes übertragen (z.B. Pythagoras vom griechischen ins lateinische Alphabet). Dazu gibt es bestimmte Transkriptionsregeln, die hier angewendet wurden.


Genau, sie werden nicht übersetzt aber sie werden doch transkribiert. Auf Deutsch ist der Name: Pythagoras, weil er vom griechischen ins lateinische Alphabet so übertragen wurde. Aber in anderenn Sprachen ist es nicht so.
z.B auf Französisch ist: Pythagore
auf Italienisch ist: Pitagora

Auch wenn der Name vom griechischen ins lateinische Alphabet so übertragen wurde, ist der Name nicht überall so geblieben. Der Name meint aber doch die selbe Person, deswegen wären beide Namen: Pitagoras, Phytagore, Phytagoras, usw. trotzdem richtig.

Früher war sogar :
= T (ein hartes T) und nicht ein TH wie z.B auf Deutsch oder wie in anderen Sprachen. Dies erklärt sich wegen der Transkriptionsregeln und wegen der Entwicklung der Neugriechisch.

Sogar:
= i war früher ein "griechisches I" und nicht ein "ypsilon" wie zurzeit


Ich dachte schon, ich hätte das Graecum in der Baumschule erworben.
Lt. Duden heisst der Herr Pythagoras.

Der hilft Dir aber hier nicht weiter.
Mathefix



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Beitrag Mathefix Verfasst am: 12. Jan 2020 11:43    Titel: Antworten mit Zitat

A = Querschnittsfläche des Drahts
r = Radius der Kugel
l_0 = ungedehnte Länge des Drahts








Bestimmung











Bei





GvC



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Beitrag GvC Verfasst am: 12. Jan 2020 20:24    Titel: Antworten mit Zitat

Ich verstehe diese komplizierte Rechnung nicht. Die Kugel hängt doch schon am gedehnten Draht, der Aufhängepunkt hat den (senkrechten) Abstand L vom Kugelmittelpunkt. Dann ist



Die Wandkraft ist



Die Zugkraft am Draht



Die Zugspannung ist



und damit die Dehnung

Mathefix



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Beitrag Mathefix Verfasst am: 13. Jan 2020 09:11    Titel: Antworten mit Zitat

GvC hat Folgendes geschrieben:
Ich verstehe diese komplizierte Rechnung nicht. Die Kugel hängt doch schon am gedehnten Draht, der Aufhängepunkt hat den (senkrechten) Abstand L vom Kugelmittelpunkt.


Hätte mir die Aufgabe/Skizze genauer ansehen müssen.
Wolvetooth



Anmeldungsdatum: 13.01.2019
Beiträge: 260

Beitrag Wolvetooth Verfasst am: 13. Jan 2020 09:28    Titel: Antworten mit Zitat

Ich werde hier eine Skizze hochladen
Ich würde aber auch diese Aufgabe wie GvC lösen. Seine Lösung hat Ähnlichkeiten mit meiner Lösung grübelnd



Kugel.png
 Beschreibung:
 Dateigröße:  57.44 KB
 Angeschaut:  2377 mal

Kugel.png


Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5863
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 13. Jan 2020 10:12    Titel: Antworten mit Zitat

Wolvetooth hat Folgendes geschrieben:
Ich werde hier eine Skizze hochladen
Ich würde aber auch diese Aufgabe wie GvC lösen. Seine Lösung hat Ähnlichkeiten mit meiner Lösung grübelnd


Da L die bereits gedehnte Länge ist, ist die Lösung von GvC richtig.
Ich hatte das fälschlicherweise als l_0 interpretiert.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 13. Jan 2020 10:32    Titel: Antworten mit Zitat

Wolvetooth hat Folgendes geschrieben:
Ich würde aber auch diese Aufgabe wie GvC lösen. Seine Lösung hat Ähnlichkeiten mit meiner Lösung


Wie sieht die denn aus? Und worin besteht die "Ähnlichkeit"? Eigentlich sollte es nur eine richtige Lösung geben.

Mathefix hat Folgendes geschrieben:
Da L die bereits gedehnte Länge ist, ...


... aber nicht die "gedehnte" Drahtlänge, sondern laut anfänglicher und auch neuer Skizze ist L der Abstand Aufhängepunkt - Mittelpunkt der Kugel am gedehnten Draht.
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