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Sarah2005
Anmeldungsdatum: 21.04.2020
Beiträge: 4
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 Sarah2005 Verfasst am: 21. Apr 2020 11:20 Titel: Arbeit und Zugkraft berechnen |
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Meine Frage:
Ich komme in Physik bei diesem Thema leider nicht weiter. Die Aufgabe ist folgende:
Es soll ein Körper der Masse 25kg mit konstanter Geschwindigkeit
über eine Strecke von 17m über eine horizontale Ebene gezogen werden, wobei
man imWinkel 30? zieht. Die Gleitreibungszahl der Oberflächen beträgt ? =0,4.
Berechne die aufzubringende Zugkraft F und die zu leistende ArbeitW.
Anleitung: Berechne zuerst die Anpresskraft und die auftretende Gleitreibungskraft
FN. Die x-Komponente Fx der Zugkraft F muss diese Reibungskraft aufheben.
Mit Fx kannst du dann die Arbeit berechnen und geometrisch die Kraft F
konstruieren.
Meine Ideen:
Es ist lediglich diese Formel dazu angegeben: W = F * s * cos(a) |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7242
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| Steffen Bühler Verfasst am: 21. Apr 2020 11:44 Titel: |
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Willkommen im Physikerboard!
Außer der Formel ist auch noch eine Anleitung angegeben. Arbeiten wir die doch mal ab!
Also: wie groß ist die Anpresskraft?
Viele Grüße
Steffen |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 21. Apr 2020 12:38 Titel: |
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| Sarah2005 hat Folgendes geschrieben: | | ... wobei man imWinkel 30? zieht. |
Vermutlich 30° zur Horizontalen. Aber nach oben oder nach unten? |
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Sarah2005
Anmeldungsdatum: 21.04.2020
Beiträge: 4
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| Sarah2005 Verfasst am: 21. Apr 2020 14:32 Titel: |
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30° nach oben |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7242
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| Steffen Bühler Verfasst am: 21. Apr 2020 14:37 Titel: |
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Du hast jetzt zwar die belanglose Frage des eifrigen Kollegen beantwortet, aber dadurch leider wohl meine eigene zielführende Frage übersehen... |
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Sarah2005
Anmeldungsdatum: 21.04.2020
Beiträge: 4
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| Sarah2005 Verfasst am: 21. Apr 2020 14:42 Titel: |
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Genau das ist das Problem. Wie berechnet man die Anpresskraft? Was ist die Formel dafür? |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7242
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| Steffen Bühler Verfasst am: 21. Apr 2020 14:51 Titel: |
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Das wusste ich auch nicht, das Wort hab ich in diesem Zusammenhang noch nie gehört. Aber ein wenig Gugeln klärte mich auf:
| Zitat: | | Als Anpresskraft ... bezeichnet man eine Kraft, die gegen einen anderen Körper drückt, die Normalkraft. |
Und Normalkraft kannte ich dann zum Glück. Du auch? |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 21. Apr 2020 16:30 Titel: |
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| Zitat: | | Du hast jetzt zwar die belanglose Frage des eifrigen Kollegen beantwortet, ... |
Belanglos? Tatsächlich wird die Anpresskraft (=Normalkraft) doch in entscheidender Weise von der Richtung der Zugkraft mitbestimmt. |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 21. Apr 2020 16:48 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | Zitat: | | Du hast jetzt zwar die belanglose Frage des eifrigen Kollegen beantwortet, ... |
Belanglos? Tatsächlich wird die Anpresskraft (=Normalkraft) doch in entscheidender Weise von der Richtung der Zugkraft mitbestimmt. |
Genau! |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7242
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| Steffen Bühler Verfasst am: 21. Apr 2020 16:58 Titel: |
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Jetzt sind es schon zwei eifrige Kollegen.
Ich schlage vor, Sarah und ich rechnen erst einmal in Ruhe meinen Ansatz durch (also Normalkraft=Gewichtskraft, daraus resultiert Gleitreibungskraft, daraus die x-Komponente der Zugkraft).
Danach dürft Ihr gerne über die Aufgabe diskutieren. Ok? |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 21. Apr 2020 17:03 Titel: |
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| Steffen Bühler hat Folgendes geschrieben: | | Ich schlage vor, Sarah und ich rechnen erst einmal in Ruhe meinen Vorschlag durch (also Normalkraft=Gewichtskraft, ... ) |
Wenn Du's denn unbedingt falsch machen willst ... bitteschön. Dann klinke ich mich hier jetzt erstmal aus. |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 21. Apr 2020 17:14 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | Steffen Bühler hat Folgendes geschrieben: | | Ich schlage vor, Sarah und ich rechnen erst einmal in Ruhe meinen Vorschlag durch (also Normalkraft=Gewichtskraft, ... ) |
Wenn Du's denn unbedingt falsch machen willst ... bitteschön. Dann klinke ich mich hier jetzt erstmal aus. |
Mal sehen wie's weitergeht. |
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blödi123
Anmeldungsdatum: 17.01.2020
Beiträge: 56
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| blödi123 Verfasst am: 22. Apr 2020 06:43 Titel: |
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also: ich bitte euch doch....
wenn sich ein Helfer einem Fragesteller annimmt, dann hält man sich doch selbst zunächst einmal zurück.
Das Gezänk in aller Öffentlichkeit wirft kein gutes Licht auf dieses Forum.
Daher meine Bitte: Ruhe bewahren! |
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Sarah2005
Anmeldungsdatum: 21.04.2020
Beiträge: 4
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| Sarah2005 Verfasst am: 22. Apr 2020 17:17 Titel: |
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In der Zwischenzeit konnte mir mein Onkel bei der Lösung helfen :-)
Danke für eure Antworten! |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7242
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| Steffen Bühler Verfasst am: 22. Apr 2020 17:24 Titel: |
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Das freut mich!
Es wäre natürlich interessant gewesen, zu erfahren, welchen Ansatz nun der Onkel verfolgt hat, also ob die y-Komponente der Zugkraft mit der Gewichtskraft zu verrechnen ist, um die Anpresskraft zu erhalten. Ich bin, wie geschrieben, nicht dieser Ansicht, GvC und Mathefix offenbar schon.
Viele Grüße
Steffen |
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autor237
Anmeldungsdatum: 31.08.2016
Beiträge: 509
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| autor237 Verfasst am: 22. Apr 2020 17:34 Titel: |
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@Sarah2005
Was hast du für die Zugkraft (Gesamtkraft nicht nur die x-Komponente) herausbekommen? Gab es eine Vorgabe für das Ergebnis vom Lehrer?
@Steffen Bühler
Wie begründest du deinen Standpunkt? |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 22. Apr 2020 19:07 Titel: |
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| Steffen Bühler hat Folgendes geschrieben: | Das freut mich!
Es wäre natürlich interessant gewesen, zu erfahren, welchen Ansatz nun der Onkel verfolgt hat, also ob die y-Komponente der Zugkraft mit der Gewichtskraft zu verrechnen ist, um die Anpresskraft zu erhalten. Ich bin, wie geschrieben, nicht dieser Ansicht, GvC und Mathefix offenbar schon.
Viele Grüße
Steffen |
@Steffen
Annahmen:
Zugkraft F greift im Schwerpunkt der Masse an
Zugraft F greift im Winkel Alpha zur Horizntalen in der x/z Ebene an
Gleichgewichtsbedingungen
 )
 + F_ N \rightarrow F_N = m\cdot g - F\cdot \sin(\alpha )
<br />
)
 )\cdot \mu)
 )\cdot \mu = F \cdot \cos (\alpha ))
\cdot (\frac{1}{\mu } + \tan(\alpha ) )} )
 \cdot s = \frac{m\cdot g}{ \frac{1}{\mu } + \tan(\alpha ) } \cdot s
<br />
)
Zuletzt bearbeitet von Mathefix am 23. Apr 2020 09:43, insgesamt einmal bearbeitet |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7242
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| Steffen Bühler Verfasst am: 22. Apr 2020 19:37 Titel: |
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| Mathefix hat Folgendes geschrieben: | Zugkraft F greift im Schwerpunkt der Masse an
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Ja, darum geht es. Das ist eben nur eine Annahme, es steht nirgends! Wir kennen die Form des Körpers nicht, genauso wenig wissen wir, wo der Angriffspunkt ist. Eine flache Eisenplatte mit einem Seil an einer Seite würde hochgehoben und auf der Kante rutschen. Eine Kiste vielleicht nicht, aber wie die seitliche Seilkraft sich ins Zentrum rüberrechnen lässt, ist eher Unistoff, das hier ist Mittelstufe.
Ein ganz anderes, für mich weitaus entscheidenderes Argument ist aber diese Anleitung:
| Zitat: | | Berechne zuerst die Anpresskraft ... |
Da steht nicht, man soll sie über die Gewicht- und die zunächst noch unbekannte Zugkraft ausdrücken und in eine Gleichung gießen, wie Du das nun getan hast. Das würde die Schüler noch mehr abschrecken. Nein, diese Anleitung soll ja Schritt für Schritt zeigen, wie leicht sich die Aufgabe lösen lässt. Eben erst mal Gewichtskraft berechnen, F=mg. Dann dies, dann das. Deinen sicherlich korrekten Rechenweg beschreibt sie dagegen nicht. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 22. Apr 2020 20:31 Titel: |
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Ob man die Anleitung so wörtlich nehmen kann, ist fraglich. Da steht ja auch
| Sarah2005 hat Folgendes geschrieben: | | Anleitung: Berechne zuerst die Anpresskraft und die auftretende Gleitreibungskraft FN. |
Mit FN ist ja wohl die Normalkraft (=Anpresskraft) gemeint und nicht die Gleitreibungskraft. In der "Anleitung" - zumimdest in der hier wiedergegebenen Form - scheint das dasselbe zu sein. Ich glaube deshalb, dass die Anleitung nicht wirklich ausgegoren ist.
Im Übrigen dürfte eine nicht im Schwerpunkt angreifende Zugkraft, nichts am grundsätzlichen Kräftegleichgewicht, also an der Beziehung FN=m*g-Fy ändern.
Interessant wäre es, von Sarah zu erfahren, wie sie vorgegangen ist und ob es eine Musterlösung gibt. |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7242
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| Steffen Bühler Verfasst am: 23. Apr 2020 09:22 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | Im Übrigen dürfte eine nicht im Schwerpunkt angreifende Zugkraft, nichts am grundsätzlichen Kräftegleichgewicht, also an der Beziehung FN=m*g-Fy ändern. |
Es kommt dann doch in jedem Fall ein lageabhängiges Kippmoment dazu. Das hat Mathefix neulich mal irgendwo anders schön vorgerechnet. Und auch diese Rechnung übersteigt meines Erachtens das Mittelstufenniveau. |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 23. Apr 2020 10:05 Titel: |
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| Steffen Bühler hat Folgendes geschrieben: | | GvC hat Folgendes geschrieben: | | Im Übrigen dürfte eine nicht im Schwerpunkt angreifende Zugkraft, nichts am grundsätzlichen Kräftegleichgewicht, also an der Beziehung FN=m*g-Fy ändern. |
Es kommt dann doch in jedem Fall ein lageabhängiges Kippmoment dazu. Das hat Mathefix neulich mal irgendwo anders schön vorgerechnet. Und auch diese Rechnung übersteigt meines Erachtens das Mittelstufenniveau. |
@Steffen
Wird Kippen berücksichtigt, ändert sich die Richtung der Zugkraft. Da der Zugwinkel konstant sein soll, ist Kippen ausgeschlossen. Insofern treffen GvCs und meine Hinweise zu.
M.E. ist zu der Aufgabe alles gesagt. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 23. Apr 2020 14:08 Titel: |
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Selbst wenn der Körper angekippt wird (nämlich so weit, bis Momentengleichgewicht herrscht) und nur auf einer Kante rutscht, ändert sich weder in horizontaler noch in vertikaler Richtung das Kräftegleichgewicht, sofern - wie hier vorgegeben - der Zugwinkel konstant ist. Die Normalkraft ist in jedem Fall FN=m*g-Fy.
Die "Anleitung" ist, wie bereits gesagt, ein wenig verwirrend, man könnte ihr aber dennoch physikalisch und mathematisch korrekt folgen.
| Sarah2005 hat Folgendes geschrieben: | | Berechne zuerst die Anpresskraft und die auftretende Gleitreibungskraft FN. |
Dieser Teil der Anleitung ist fehlerhaft und muss eigentlich lauten:
"Berechne zuerst die Anpresskraft FN und die auftretende Gleitreibungskraft."
Das ist wie folgt zu bearbeiten:
)
| Sarah2005 hat Folgendes geschrieben: | | Die x-Komponente Fx der Zugkraft F muss diese Reibungskraft aufheben. |
besagt nichts anderes, als dass Fx die x-Komponete der Zugkraft ist
und dass Fx=FR, also
)
| Sarah2005 hat Folgendes geschrieben: | | Mit Fx kannst du dann die Arbeit berechnen ... |
| Sarah2005 hat Folgendes geschrieben: | | ... und geometrisch die Kraft F konstruieren. |
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autor237
Anmeldungsdatum: 31.08.2016
Beiträge: 509
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| autor237 Verfasst am: 23. Apr 2020 17:18 Titel: |
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@Steffen Bühler
Es soll von der Annahme ausgegangen werden, dass statisches Gleichgweicht herrscht. Somit muss zumindest die Vektorsumme aller Kräfte gleich Null sein. Das gilt dann allgemein, unabhängig davon ob die Wirklinien der Kräfte sich in einem Punkt treffen oder nicht. Wenn nicht dann kommt noch dazu, dass die Vektorsumme der Momente gleich Null sein muss.
Die Annahme, dass Normalkraft=Gewichtskraft sein soll führt aber dazu, dass die Summe der Kräfte nicht mehr Null wird.
Es kann auch sein, dass der Lehrer das selbst nicht überschaut hat, dass die Aufgabe dann komplizierter wird, wenn man den Winkel nicht mehr auf 0 ° zur Horizontalen setzt. |
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Steffen Bühler
Moderator
Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7242
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| Steffen Bühler Verfasst am: 23. Apr 2020 17:28 Titel: |
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Ja, das Gefühl habe ich allmählich auch. Auf jeden Fall danke an alle für die rege Beteiligung!
Viele Grüße
Steffen |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 23. Apr 2020 17:34 Titel: |
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Bleibt noch die Rückmeldung von Sarah2005, die ja mit Onkel-Hilfe eine Lösung erarbeitet hat. |
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Mathefix
Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd
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| Mathefix Verfasst am: 23. Apr 2020 18:10 Titel: |
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| autor237 hat Folgendes geschrieben: |
Es kann auch sein, dass der Lehrer das selbst nicht überschaut hat, dass die Aufgabe dann komplizierter wird, wenn man den Winkel nicht mehr auf 0 ° zur Horizontalen setzt. |
Das vermute ich auch! |
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