RegistrierenRegistrieren   LoginLogin   FAQFAQ    SuchenSuchen   
Umdrehungen/ Zentrifugalkraft
 
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Mechanik
Autor Nachricht
asw



Anmeldungsdatum: 06.11.2022
Beiträge: 4

Beitrag asw Verfasst am: 14. Jan 2023 22:39    Titel: Umdrehungen/ Zentrifugalkraft Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Ein Schüler einer 10. Klasse ist bekannt für seine Stärke. Er kann kurzzeitig Massen von bis zu 90 kg heben, kann also etwa 880 Newton halten. Dieser Schüler hält nun ein 1m langes Seil mit einem Gewicht von 10 kg am Ende des Seils in der Hand.

a) Auf welche Geschwindigkeit könnte dieser Schüler das Gewicht beim Drehen um die eigene Achse bringen, sodass er es gerade noch halten kann?

b) Wie oft würde sich der Schüler bei dieser Geschwindigkeit pro Sekunde im Kreis drehen?

Meine Ideen:
a)








b)








Bin mir sehr unsicher ob das der richtige lösungsweg ist.
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 961

Beitrag roycy Verfasst am: 15. Jan 2023 11:06    Titel: Re: Umdrehungen/ Zentrifugalkraft Antworten mit Zitat

asw hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage:


Meine Ideen:
a)








b)








Bin mir sehr unsicher ob das der richtige lösungsweg ist.

Die übliche Verhaltensweise: keine Arbeitsskizze, die dir das System näherbringen würde.
Die Einheit von v ist falsch.
Meinst du, dass das Gewicht genau in der Horizontalen kreisen würde oder stellt sich durch das Eigengewicht von 98,1 N vllt. ein gewisser Winkel des Seils zur Horizontalen ein?
Da nützt dir auch nichts deine scheingenaue Berechnung mit 3NK- Stellen.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 15. Jan 2023 18:35    Titel: Re: Umdrehungen/ Zentrifugalkraft Antworten mit Zitat

roycy hat Folgendes geschrieben:

Die übliche Verhaltensweise: keine Arbeitsskizze, die dir das System näherbringen würde.
Die Einheit von v ist falsch.
Meinst du, dass das Gewicht genau in der Horizontalen kreisen würde oder stellt sich durch das Eigengewicht von 98,1 N vllt. ein gewisser Winkel des Seils zur Horizontalen ein?
Da nützt dir auch nichts deine scheingenaue Berechnung mit 3NK- Stellen.


Statt rumzumotzen solltest Du beim erarbeiten des Lösungswegs helfen.
Zeig Deinen Ansatz.
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 961

Beitrag roycy Verfasst am: 15. Jan 2023 21:09    Titel: Re: Umdrehungen/ Zentrifugalkraft Antworten mit Zitat

Mathefix hat Folgendes geschrieben:
roycy hat Folgendes geschrieben:



Statt rumzumotzen solltest Du beim erarbeiten des Lösungswegs helfen.
Zeig Deinen Ansatz.


Quatsch' nicht wieder herum.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 16. Jan 2023 11:47    Titel: Antworten mit Zitat

Gegeben:
F_s = Max. zulässige Seilkraft
l = Seillänge
m = Masse

Gesucht
v = Umfangsgeschwindigkeit
n = Drehzahl

An dem Seil greifen die Kräfte
F_z = Zentripetalkraft
F_m = Gewichtskraft der Masse m an

r = Horizontaler Abstand der Masse m von der Drehachse
alpha = Winkel zwischen Drehachse und Seil

Geschwindigkeit

Kräftedreieck





Geometrie







Drehzahl









PS

Mit







kann



gesetzt werden

Wegen



kann



vernachlässigt werden

Dann passt Deine Näherungsrechnung sehr gut.


Zuletzt bearbeitet von Mathefix am 16. Jan 2023 13:54, insgesamt einmal bearbeitet
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 961

Beitrag roycy Verfasst am: 16. Jan 2023 13:48    Titel: Schleudertrauma Antworten mit Zitat

Mathefix hat Folgendes geschrieben:
Gegeben:


r = Horizontaler Abstand der Masse m von der Drehachse



Gaaanz wunnebar.
Wenn man sich das System aufzeichnet reicht der Dreisatz um r zu bestimmen.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 16. Jan 2023 13:58    Titel: Re: Schleudertrauma Antworten mit Zitat

roycy hat Folgendes geschrieben:
Mathefix hat Folgendes geschrieben:
Gegeben:


r = Horizontaler Abstand der Masse m von der Drehachse



Gaaanz wunnebar.
Wenn man sich das System aufzeichnet reicht der Dreisatz um r zu bestimmen.


Dann zeig doch Deinen genialen Dreisatz mit dem Du r = f(l, m,F_s) bestimmst.
Ich



Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching

Beitrag Ich Verfasst am: 16. Jan 2023 16:24    Titel: Antworten mit Zitat

Die Aufgabenstellung hat eigentlich nur Sinn, wenn man die Gewichtskraft vernachlässigen darf. Wenn man Dreicke und Sinus will, dann macht man das Gewicht 36 kg schwer oder so. Von daher ist m.E. alles richtig, bis auf das s² in der Geschwindigkeit.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 16. Jan 2023 17:40    Titel: Antworten mit Zitat

Ich hat Folgendes geschrieben:
Die Aufgabenstellung hat eigentlich nur Sinn, wenn man die Gewichtskraft vernachlässigen darf. Wenn man Dreicke und Sinus will, dann macht man das Gewicht 36 kg schwer oder so.

Wieso das denn? Meine Glchng. ist eine allgemeine Lösung. Wenn m im Vergleich zu F_s gross ist, dann gelten die Vereinfachungen nicht. Was heisst "oder so" ?
Aber warten wir die geniale Lösung von roycy ab.
Ich



Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching

Beitrag Ich Verfasst am: 17. Jan 2023 08:57    Titel: Antworten mit Zitat

Die Aufgabe ist auf ein halbes Prozent genau in der Näherung lösbar, und die Eingangsgrößen sind wesentlich ungenauer (kann kurzzeitig 90 kg heben). Kein Physiker würde da über die Näherung hinausgehen. Kein Lehrer, der Physik beibringen will, würde das verlangen.
Wenn man die allgemeine Lösung wollte, würde man Verhältnisse angeben, in denen die auch angemessen ist. Allerdings habe ich das falsch geschrieben, statt 36 kg hätten es 54 kg sein sollen, damit man mit Pythagoras abkürzen kann.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 17. Jan 2023 10:06    Titel: Antworten mit Zitat

Ich hat Folgendes geschrieben:
Die Aufgabe ist auf ein halbes Prozent genau in der Näherung lösbar, und die Eingangsgrößen sind wesentlich ungenauer (kann kurzzeitig 90 kg heben). Kein Physiker würde da über die Näherung hinausgehen. Kein Lehrer, der Physik beibringen will, würde das verlangen.
Wenn man die allgemeine Lösung wollte, würde man Verhältnisse angeben, in denen die auch angemessen ist. Allerdings habe ich das falsch geschrieben, statt 36 kg hätten es 54 kg sein sollen, damit man mit Pythagoras abkürzen kann.


Du hast ein anderes Verständnis von Physik.
Wie roycy richtig anmerkte, wurde bei dem Ansatz von asw die Vertikalkraft durch die Masse nicht deswegen berücksichtigt, weil sie vernachlässigbar ist, sondern weil sie gar nicht erkannt wurde.

Ob bei gegebenen Zahlenwerten eine Näherung durch Nichtberücksichtigung von Einflussgrössen möglich ist, kann nur entschieden werden, wenn die Grundgleichungen zur allgemeinen Lösung vorliegen - siehe mein PS.

Wenn keine Zahlenwerte angegeben wären, wäre nur die allgemeine Lösung richtig.
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 961

Beitrag roycy Verfasst am: 17. Jan 2023 12:55    Titel: Re: Umdrehungen/ Zentrifugalkraft Antworten mit Zitat

asw hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage:
Schüler hält nun ein 1m langes Seil mit einem Gewicht von 10 kg am Ende des Seils in der Hand.

a) Auf welche Geschwindigkeit könnte dieser Schüler das Gewicht beim Drehen um die eigene Achse bringen, sodass er es gerade noch halten kann?

b) Wie oft würde sich der Schüler bei dieser Geschwindigkeit pro Sekunde im Kreis drehen?
.

Die Seillänge ist zwar bekannt (1m) aber da der Schüler sich um die eigene Achsen drehen soll, müßte man auch noch den horizontalen Abstand seiner Hand bis zu seiner eigenen Drehachse wissen.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 17. Jan 2023 13:00    Titel: Re: Umdrehungen/ Zentrifugalkraft Antworten mit Zitat

roycy hat Folgendes geschrieben:

Die Seillänge ist zwar bekannt (1m) aber da der Schüler sich um die eigene Achsen drehen soll, müßte man auch noch den horizontalen Abstand seiner Hand bis zu seiner eigenen Drehachse wissen.


Diesen Abstand r wolltest Du doch mittels Dreisatz bestimmen.
Kommt da noch was?
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 961

Beitrag roycy Verfasst am: 17. Jan 2023 13:10    Titel: Re: Umdrehungen/ Zentrifugalkraft Antworten mit Zitat

Mathefix hat Folgendes geschrieben:
roycy hat Folgendes geschrieben:

Die Seillänge ist zwar bekannt (1m) aber da der Schüler sich um die eigene Achsen drehen soll, müßte man auch noch den horizontalen Abstand seiner Hand bis zu seiner eigenen Drehachse wissen.


Diesen Abstand r wolltest Du doch mittels Dreisatz bestimmen.
Kommt da noch was?

Diesen Abstand nicht, wohl aber den hor. Abstand bezogen auf die 1m Seillänge.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 17. Jan 2023 13:22    Titel: Re: Umdrehungen/ Zentrifugalkraft Antworten mit Zitat

roycy hat Folgendes geschrieben:
Mathefix hat Folgendes geschrieben:
roycy hat Folgendes geschrieben:

Die Seillänge ist zwar bekannt (1m) aber da der Schüler sich um die eigene Achsen drehen soll, müßte man auch noch den horizontalen Abstand seiner Hand bis zu seiner eigenen Drehachse wissen.


Diesen Abstand r wolltest Du doch mittels Dreisatz bestimmen.
Kommt da noch was?

Diesen Abstand nicht, wohl aber den hor. Abstand bezogen auf die 1m Seillänge.

In der Tat müsste zusätzlich zu der Seillänge l noch die Armlänge a berücksichtigt werden.



ist dann die korrekte Lösung

Dann zeige den Dreisatz bezogen auf die Seillänge (mein r).



.
Ich



Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching

Beitrag Ich Verfasst am: 17. Jan 2023 14:13    Titel: Antworten mit Zitat

Mathefix hat Folgendes geschrieben:
Du hast ein anderes Verständnis von Physik.
[...]
Ob bei gegebenen Zahlenwerten eine Näherung durch Nichtberücksichtigung von Einflussgrössen möglich ist, kann nur entschieden werden, wenn die Grundgleichungen zur allgemeinen Lösung vorliegen - siehe mein PS.
Da habe ich in der Tat ein anderes Verständnis von Physik. Die Gewichtskraft ist 1:9 der Tragkraft, das heißt, der Fehler liegt bei (1:9)²/2~0.5 %. Diese Abschätzung dauert ca. 5 Sekunden und sollte gemacht werden, bevor man sich einen Wolf rechnet.

Der Schüler hat die Abschätzung vermutlich nicht gemacht, aber gegen seine Rechnung hat der Lehrer keine Handhabe, weil das die richtige Vorgehensweise bei diesem Problem ist.

Wenn man die Armlänge auch noch ins Spiel bringt, und realistisch denkt, dann wird die Aufgabe unlösbar. Kein Schüler kann 880 N Querkraft auf Armhöhe halten, das ist etwas für Hammerwerfer. Der sich entgegen dem Aufgabentext definitiv nicht um die eigene Achse dreht.
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 961

Beitrag roycy Verfasst am: 17. Jan 2023 17:34    Titel: Antworten mit Zitat

Ich hat Folgendes geschrieben:

Da habe ich in der Tat ein anderes Verständnis von Physik. Die Gewichtskraft ist 1:9 der Tragkraft, das heißt, der Fehler liegt bei (1:9)²/2~0.5 %. Diese Abschätzung dauert ca. 5 Sekunden und sollte gemacht werden, bevor man sich einen Wolf rechnet.


Was beißt du dich denn so an der Gewichtskraft fest?
Bei deiner Einstellung kannst du keine Aufgabe mit einer überhöhten Kurve (Auto) oder z. b. bei einem mechanischen Fliehkraftregler lösen.
Ich



Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching

Beitrag Ich Verfasst am: 17. Jan 2023 17:56    Titel: Antworten mit Zitat

roycy hat Folgendes geschrieben:
Was beißt du dich denn so an der Gewichtskraft fest?

Ich beiße mich eben nicht an der Gewichtskraft fest, sondern stelle vorab fest, dass man sie vernachlässigen kann.
Zitat:
Bei deiner Einstellung kannst du keine Aufgabe mit einer überhöhten Kurve (Auto) oder z. b. bei einem mechanischen Fliehkraftregler lösen.
Bei dir weiß ich oft nicht, ob du einfach nur trollen willst. Wie sonst willst du aus meinem Beitrag ableiten, dass meine Einstellung sei, die Gewichtskraft immer zu vernachlässigen?
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 961

Beitrag roycy Verfasst am: 17. Jan 2023 21:08    Titel: Schleudertrauma Antworten mit Zitat

Ich hat Folgendes geschrieben:
roycy hat Folgendes geschrieben:
Was beißt du dich denn so an der Gewichtskraft fest?

Ich beiße mich eben nicht an der Gewichtskraft fest, sondern stelle vorab fest, dass man sie vernachlässigen kann.
Zitat:
Bei deiner Einstellung kannst du keine Aufgabe mit einer überhöhten Kurve (Auto) oder z. b. bei einem mechanischen Fliehkraftregler lösen.
Bei dir weiß ich oft nicht, ob du einfach nur trollen willst. Wie sonst willst du aus meinem Beitrag ableiten, dass meine Einstellung sei, die Gewichtskraft immer zu vernachlässigen?

Wenn du die Gewichtkraft nun unbedingt vernachlässigen willst, dann mache da doch.
Der Winkel zwischen Seilkraft u Zentripetalkraft beträgt ca. 6,4 Grad.
Es gibt keinen ernsthaften Grund zur Vernachlässigung.
Ohne diese Winkelabweichung müßte de Masse horizontal kreisen- und das ist unmöglich.
Und hör' auf mit deinem dummen Troll- Quatsch- nur weil du einer persönlichen Marotte nachgehen willst.
Diese Aufgabe kann man wegen fehlender Angaben nicht zu Ende rechnen.
Ich



Anmeldungsdatum: 11.05.2006
Beiträge: 913
Wohnort: Mintraching

Beitrag Ich Verfasst am: 18. Jan 2023 09:31    Titel: Re: Schleudertrauma Antworten mit Zitat

roycy hat Folgendes geschrieben:

Der Winkel zwischen Seilkraft u Zentripetalkraft beträgt ca. 6,4 Grad.
Es gibt keinen ernsthaften Grund zur Vernachlässigung.
Ohne diese Winkelabweichung müßte de Masse horizontal kreisen- und das ist unmöglich.
Und hör' auf mit deinem dummen Troll- Quatsch- nur weil du einer persönlichen Marotte nachgehen willst.
Wenn es kein Getrolle ist, dann ist es arrogante Inkompetenz.
Die Größe, auf die es ankommt, ist der Abstand zur Drehachse. Und der ist auf etwa 0,5% genau gleich der Seillänge. Ebenso ist die Fliehkraft auf 0,5% genau gleich der Gesamtkraft, die zu halten ist. Die Gewichtskraft ist also zu vernachlässigen.
Zitat:
Diese Aufgabe kann man wegen fehlender Angaben nicht zu Ende rechnen.
Die Aufgabe ist tatsächlich nicht wahnsinnig schlau formuliert, aber bei Zehntklassstoff kann man doch eindeutig genug rekonstruieren, was der Lehrer wollte (ob er's exakt gerechnet haben wollte oder in Näherung, sei mal dahingestellt.). Und wenn man das tut, dann kann man es zu Ende rechnen.
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 961

Beitrag roycy Verfasst am: 18. Jan 2023 10:34    Titel: Re: Schleudertrauma Antworten mit Zitat

Ich hat Folgendes geschrieben:
roycy hat Folgendes geschrieben:

persönlichen Marotte nachgehen willst.

Wenn es kein Getrolle ist, dann ist es arrogante Inkompetenz.

Das ist nichts weiter als dummes Geschwätz.


Dann mache dir mal eine Skizze, damit du das überhaupt begreiftst.
Die Seillänge selbst hat keine Bedeutung da der Abstand der Masse zur Drehachse des Körpers selbst unbekannt ist.
Die Masse soll um die Drehachse des Körpers kreisen und nicht um die der Hand.
roycy



Anmeldungsdatum: 05.05.2021
Beiträge: 961

Beitrag roycy Verfasst am: 18. Jan 2023 13:33    Titel: Re: Umdrehungen/ Zentrifugalkraft Antworten mit Zitat

asw hat Folgendes geschrieben:
Meine Frage:




Schreibe die Aufgabe mal komplett u. richtig ab.
Die Seillänge von 1m besagt gar nichts. Die Masse kreist nicht um die Handachse sondern um die Körperachse.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5865
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 18. Jan 2023 13:49    Titel: Antworten mit Zitat

Nun lasst mal gut sein.
Den allgemeinen Fall und den vereinfachten Fall - Vernachlässigung von Masse und Armlänge, sowie r = l - hatte ich dargestellt.



m = 0; a=0; r = l:



Ich bin der Meinung, dass, wenn Vereinfachungen vorgenommen werden, diese begründet angeführt werden müssen.
Ich habe oft erlebt, dass Formeln stumpf angewendet wurden, ohne die Annahmen zu kennen.

Insofern ist alles gesagt und bedarf m.E. keiner weiteren Diskussion.
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Mechanik