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Brett einklemmen mit Kraft von der Seite
 
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Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 30. Aug 2021 22:30    Titel: Brett einklemmen mit Kraft von der Seite Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Die Aufgabe war Teil der letzten Physikklausur welche ich leider nicht bestanden habe. Da die Klausur online war hab ich die Aufgabe noch.

Es wird ein Brett beim Tragen zwischen Arm und Shirt eingeklemmt. Die Aufgaben soll aus der Sicht eines von außen stehenden Beobachters gelöst werden.

Die Aufgabe mit meinem Ansatz seht ihr hier: https://docdro.id/xHoaM8L

Meine Ideen:
Der Ansatz ist zwar im Dokument beschrieben, aber hier nochmal:

Bei (i) war meine Idee dass die Kraft von der Seite lediglich die Resultierende der Y-Achsenkräfte ausgleichen muss. Daher musste ich einfach die Y-Achsenkräfte ausrechnen und das Ergebnis wäre das gleiche wie die Kraft Fmin. Die Achsenkräfte sind dann die G-Kraft minus die beiden Haftreibungskräfte.

(ii) und (iii) war im Prinzip das gleiche daher hier zusammengefasst. Die Kraft auf der X Achse verschob hier die Resultierende in die Bauchgegend hinein. Ohne X Achsenkraft wäre die Resultierende ja nur die nach unten wirkende Kraft gewesen. Dadurch konnte ich das Kräftedreieck bilden und die Resultierende Kraft über den Pythagoras berechnen. Da die Resultierende ja gleich ma gewesen ist habe ich diese dann durch m geteilt um die Beschleunigung zu erhalten.

Meine Frage ist eigentlich nur ob mein Ansatz und meine Rechnung richtig sind und ob ich etwas falsch gemacht habe und wenn was. Außerdem würde ich gerne den Ansatz für die anderen beiden Alternativen Sichtweisen sehen, nämlich einmal aus der Sicht des Brettes und einmal aus der Sicht des tragenden.

Hoffe jemand kann mir hier weiterhelfen.
gast_free



Anmeldungsdatum: 15.07.2021
Beiträge: 76

Beitrag gast_free Verfasst am: 31. Aug 2021 09:46    Titel: Antworten mit Zitat

Was bedeutet der Parameter a3 in der Aufgabe?
Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 31. Aug 2021 09:51    Titel: Antworten mit Zitat

gast_free hat Folgendes geschrieben:
Was bedeutet der Parameter a3 in der Aufgabe?


Der Parameter hat sich aus meiner Matrikelnummer zusammengesetzt und galt lediglich dazu die Studierenden voneinander zu unterscheiden um Betrug zu vermeiden. Bei mir war der Parameter a3=0 daher musste ich das Bezugssystem aus der Rolle eines außenstehenden Beobachters lösen
gast_free



Anmeldungsdatum: 15.07.2021
Beiträge: 76

Beitrag gast_free Verfasst am: 31. Aug 2021 10:42    Titel: Antworten mit Zitat

Ich finde diese Angabe verwirrend. Der erste Teil ist eine klassische Aufgabe aus der Statik. Damit sich das Brett nicht bewegt muss die Summe aller Kräfte und Momente zu Null werden. Mit Momenten haben wir es hier nicht zu tun, also bleiben die Kräfte übrig. Es handelt sich um eine Aufgabe im Zweidimensionalen. Wir führen ein kartesisches Koordinattensysten ein mit y-Richtung gegen die Gewichtskraft FG. Die x-Richtung für die Anpresskraft durch den Arm.

Gleichgewicht in y-Richtung:
F_RA: Reibungskraft Arm
F_RH:Reibungskraft Hemd


Gleichgewicht in x-Richtung:
F_A: Anpresskraft Arm
F_H: Anpresskraft Hemd


Kopplung Anpress- und Reibungskräfte:



Alles in die erste Gleichung eingesetzt.




Der dynamische Teil:
Tatsächliche Anpresskraft: F
Bechleunigung in y-Richtung:



Roller auf Kreisbahn:
Es sind wieder die Gleichgewichtsbedingungen aufzustellen.

1. Gewichtskraft y-Richtung.
2. Zentrifugalkraft x-Richhtung.
3. Normalkraft auf der Schräge (Zwischen x und y)
4. Reibungskraft (Senkrecht zur Normalkraft in der Ebene)

Aus dem Neigungswinkel kann die Geschwindigkeit berechnet werden.

Der Reibungskoeffizient (Zwischen Schuhsole und Brett) Aus Reibungskraft und "Hangabtriebskraft".


Zuletzt bearbeitet von gast_free am 31. Aug 2021 13:24, insgesamt einmal bearbeitet
Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 31. Aug 2021 10:50    Titel: Antworten mit Zitat

Die folgenden Zitate wurden gekürzt bzw. repariert. Bitte nicht zuviel zitieren. Steffen

Kannst du mir erklären wie du auf den Ansatz kommst? Ich kann das nicht wirklich nachvollziehen. Auch die Umformungen wenn du alles in die erste Gleichung einsetzt nicht. Wieso fällt Fh weg und wieso addieren sich die beiden Haftreibungskoeffizienten auf?
Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 31. Aug 2021 11:16    Titel: Antworten mit Zitat

gast_free hat Folgendes geschrieben:




Das wäre eine Beschleunigung von -49m/s
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 353

Beitrag roycy Verfasst am: 31. Aug 2021 11:16    Titel: Re: Brett einklemmen mit Kraft von der Seite Antworten mit Zitat

Da gibt es m. E. eine sachliche "Lücke":
Das Shirt kann sich ja selbst auf der Haut noch verschieben.
Das Brett müßte eigentlich zwischen Arm u. Bauch (Haut) eingeklemmt werden. Aber sei's drum...
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 353

Beitrag roycy Verfasst am: 31. Aug 2021 12:59    Titel: Brett einklemmen Antworten mit Zitat

Jayer244 hat Folgendes geschrieben:

Das wäre eine Beschleunigung von -49m/s


m/s kann nicht sein.
Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 31. Aug 2021 13:11    Titel: Re: Brett einklemmen Antworten mit Zitat

roycy hat Folgendes geschrieben:
m/s kann nicht sein.


sorry das ² vergessen. Ausgerechnet wären das trotzdem -49m/s². Das kommt nicht hin
gast_free



Anmeldungsdatum: 15.07.2021
Beiträge: 76

Beitrag gast_free Verfasst am: 31. Aug 2021 13:22    Titel: Antworten mit Zitat

Jayer244 hat Folgendes geschrieben:

Das wäre eine Beschleunigung von -49m/s

Ja FA muss ersetzt werden durh FA-F. Also der Differenz der vorhandenen Andruckkraft minus der nötigen Andruckkraft. Das war ein Fehler meinerseits!








Am Anfang t=0 kann nur die Differenz zwischen nötiger Haftreibung und tatsächlich vorhandener Reibung zur Beschleunigung beitragen. Das bedeutet nicht, wenn FA=F ist, das dann das Brett mit g beschleunigt wird. g ist dann Null. Für den Fall, das F größer oder gleich FA ist, ist die Beschleunigung immer Null.
gast_free



Anmeldungsdatum: 15.07.2021
Beiträge: 76

Beitrag gast_free Verfasst am: 31. Aug 2021 13:50    Titel: Antworten mit Zitat

Jayer244 hat Folgendes geschrieben:

Kannst du mir erklären wie du auf den Ansatz kommst? Ich kann das nicht wirklich nachvollziehen. Auch die Umformungen wenn du alles in die erste Gleichung einsetzt nicht. Wieso fällt Fh weg und wieso addieren sich die beiden Haftreibungskoeffizienten auf?


Bitte konkretisiere die Frage. Ansätze kommen aus der Summe der Kräfte die Null sein müssen. Außerdem aus Actio = Reactio. Bei der Beschleunig kommt zur Kräftedifferenz die Trägheitskraft hinzu. Das ist die Kurzzusammenfassung.
Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 31. Aug 2021 14:13    Titel: Antworten mit Zitat

gast_free hat Folgendes geschrieben:
Jayer244 hat Folgendes geschrieben:

Das wäre eine Beschleunigung von -49m/s

Ja FA muss ersetzt werden durh FA-F. Also der Differenz der vorhandenen Andruckkraft minus der nötigen Andruckkraft. Das war ein Fehler meinerseits!






Kannst du mir nochmal erklären wieso genau die Differenz der beiden Kräfte gebildet werden muss? Irgendwie steige ich da noch nicht so wirklich durch. Ansonsten hab ich alles verstanden, nur bei dem Punkt bleibe ich hängen. Kann mir das schlecht bildlich vorstellen.
gast002
Gast





Beitrag gast002 Verfasst am: 31. Aug 2021 14:33    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

ich glaube, im dynamischen Fall sind immer noch Fehler in der Formel. Meine Rechnung geht folgendermaßen:


Beste Grüße
gast_free



Anmeldungsdatum: 15.07.2021
Beiträge: 76

Beitrag gast_free Verfasst am: 31. Aug 2021 14:48    Titel: Antworten mit Zitat

Ja so stand es auch in der Herleitung vor der falschen Umstellung. Ich glaube ich mache heute besser gar nichts mehr. Hat keinen Zweck. Vielen Dank!

Viele Grüße
Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 31. Aug 2021 14:58    Titel: Antworten mit Zitat

Habs jetzt alles verstanden, vielen Dank für die Hilfe.
Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 31. Aug 2021 15:03    Titel: Antworten mit Zitat

Eine Frage hätte ich da doch noch. Wie ist das mit den anderen beiden Sichtweisen zu verstehen?

Aus der Sicht des Brettes im dynamischen Fall ist schon klar dass ich da die Trägheitskraft verwenden muss, aber wie kann ich das im statischen Fall machen wo ich ja keine Trägheitskraft habe?

Und was genau ist mit "aus der Sicht des Tragenden" gemeint? Darunter kann ich mir gar nichts vorstellen
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 353

Beitrag roycy Verfasst am: 31. Aug 2021 19:36    Titel: Re: Brett einklemmen mit Kraft von der Seite Antworten mit Zitat

Jayer244 hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage:
Die Aufgabe war Teil der letzten Physikklausur welche ich leider nicht bestanden habe. Da die Klausur online war hab ich die Aufgabe noch.

Hoffe jemand kann mir hier weiterhelfen.


Falls du an der zeichnerischen Lösung für die Beschleunigung interessiert bist melde dich evtl.



Scan_00756.pdf
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roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 353

Beitrag roycy Verfasst am: 31. Aug 2021 19:59    Titel: Re: Brett einklemmen mit Kraft von der Seite Antworten mit Zitat

Ach, ich sehe gerade, dass ich die Brettmasse mit 3 kg statt 3,2 kg eingezeichnet habe. Da ist eine kleine Korrektur fällig.
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 353

Beitrag roycy Verfasst am: 31. Aug 2021 20:03    Titel: Antworten mit Zitat

gast_free hat Folgendes geschrieben:
Jayer244 hat Folgendes geschrieben:

Das wäre eine Beschleunigung von -49m/s

Ja FA muss ersetzt werden durh FA-F. Also der Differenz der vorhandenen Andruckkraft minus der nötigen Andruckkraft. Das war ein Fehler meinerseits!








Am Anfang t=0 kann nur die Differenz zwischen nötiger Haftreibung und tatsächlich vorhandener Reibung zur Beschleunigung beitragen. Das bedeutet nicht, wenn FA=F ist, das dann das Brett mit g beschleunigt wird. g ist dann Null. Für den Fall, das F größer oder gleich FA ist, ist die Beschleunigung immer Null.


Du müßtest die Gleitreibungskoeffizienten einsetzen (insges. 0,32)
Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 31. Aug 2021 20:06    Titel: Antworten mit Zitat

Hab ich gemacht und das richtige Ergebnis bekommen.

Die eine Frage die ich jetzt noch habe ist wie das System aus der Sicht des Tragenden aussieht. Für mich wäre das auch ein Inertialsystem da ja keine weiteren Kräfte wirken sollten
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 353

Beitrag roycy Verfasst am: 01. Sep 2021 00:17    Titel: Antworten mit Zitat

Jayer244 hat Folgendes geschrieben:
Habs jetzt alles verstanden, vielen Dank für die Hilfe.

Welchen Wert hast du denn jetzt für die Beschleunigung heraus?
Bei mir sind's 3,71 m/s²
Jayer244



Anmeldungsdatum: 30.08.2021
Beiträge: 18

Beitrag Jayer244 Verfasst am: 01. Sep 2021 00:18    Titel: Antworten mit Zitat

Hab genau den gleichen.
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 353

Beitrag roycy Verfasst am: 01. Sep 2021 00:21    Titel: Eingeklemmtes Brett Antworten mit Zitat

gast_free hat Folgendes geschrieben:



Ich habe da 3,71 m/s² heraus.
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 353

Beitrag roycy Verfasst am: 01. Sep 2021 10:45    Titel: Eingeklemmtes Brett Antworten mit Zitat

gast_free hat Folgendes geschrieben:

Am Anfang t=0 kann nur die Differenz zwischen nötiger Haftreibung und tatsächlich vorhandener Reibung zur Beschleunigung beitragen. Das bedeutet nicht, wenn FA=F ist, das dann das Brett mit g beschleunigt wird. g ist dann Null. Für den Fall, das F größer oder gleich FA ist, ist die Beschleunigung immer Null.


M. E. sieht die Lösung so aus:



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Anmeldungsdatum: 09.12.2005
Beiträge: 5442
Wohnort: Heidelberg

Beitrag as_string Verfasst am: 01. Sep 2021 14:12    Titel: Antworten mit Zitat

Jayer244 hat Folgendes geschrieben:
Hab ich gemacht und das richtige Ergebnis bekommen.

Die eine Frage die ich jetzt noch habe ist wie das System aus der Sicht des Tragenden aussieht. Für mich wäre das auch ein Inertialsystem da ja keine weiteren Kräfte wirken sollten

Ja, das ist etwas merkwürdig. Was ich als Unterschied höchstens sehen würde: Wenn die Person eine Treppe rauf geht, dann ändert sich für einen äußeren Betrachter ja seine Höhe. Dabei ist es auch eher keine gleichförmige Bewegung, wenn man Treppen steigt, aber selbst wenn, dann müsste man die konstante Geschwindigkeit ja kennen.
Das spielt natürlich für die zweite Ableitung (Beschleunigung) dann keine Rolle mehr, falls gleichförmig, wollte man aber eine Gleichung für x(t) und y(t) oder die jeweiligen Geschwindigkeits-Komponenten aufstellen, wäre das natürlich doch ein Unterschied.
Allerdings sehe ich bei der Aufgabe jetzt gar nichts zu der grundlegenden Treppen-Bewegung gesagt, so dass man das so wie so nicht wirklich angeben könnte. Außerdem wäre das auch recht unfair, wenn nur manche sich diese Gedanken machen müssten. Ich finde aber auch schon "aus Sicht des Brettes" deutlich schwieriger, insofern scheint auf Fairness generell nicht so viel Wert gelegt zu sein.
Dazu kommt noch, wenn man ganz genau sein will: Der Bewegungszustand des außenstehenden Beobachters ist nicht klar definiert. Man könnte ja auch von einem frei fallenden ausgehen, z. B.. Gut, wenn man das "stehend" in "außenstehend" wörtlich nimmt, dann muss er wohl auf irgendeinem festen Boden stehen, keine Ahnung.

Gruß
Marco
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