Skifahrer will Looping fahren - Seite 3

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Na, was befindet sich denn da unter seinen Skiern? Warum fällt er nicht nach unten? Wer drückt von unten gegen den Skifahrer? Da ist doch keine Luft unter seinen Skiern!

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Ja ne das unter den Sikiern ist ja meistens Schnee, da ist ja dann die Erdmasse unter seinen Füßen ...
Auf was willst du jetzt gerade hinaus?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Eben

Darunter ist der Boden.

Die erste Kraft, die auf der Ebene auf den Skifahrer wirkt, ist die Gewichtskraft.

Mit dieser Kraft drückt er nach unten auf den Boden.

Wegen actio=reactio drückt der Boden mit einer gleich großen Kraft den Skifahrer nach oben. Das ist die zweite Kraft, die hier auf den Skifahrer wirkt.

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Wie groß ist also die Summe aller Kräfte (= die resultierende Kraft) auf den Skifahrer auf der Ebene?

Passt das zu unserer Feststellung, dass hier a=0 ist?

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Die resultierende Kraft ist Null weil die beiden wirkenden Kräfte gleich groß sind und sich somit neutralisieren. Das passt haargenau zu unserer These dass a=0 ist.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

OK

Hast du damit schon eine Vermutung, was die geringste Beschleunigung ist, die in der Aufgabe auf unseren Skifahrer wirkt? Augenzwinkern

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Ich vermute mal dass Null die geringste Beschleunigung sein wird grübelnd

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden smile

Damit haben wir schon die halbe Antwort für c) smile

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Nun schauen wir damit nochmal auf den Starthang (dazu haben wir ja oben schon ein bisschen was geschrieben)

Wie groß ist die Beschleunigung am Starthang? Was war da die resultierende beschleunigende Kraft auf den Skifahrer? Kannst du diese Kraft und diese Beschleunigung als Formel (also ohne den Wert des Neigungswinkels des Starthanges einzusetzen, den wir ja nicht kennen) hinschreiben?

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Das ist ja die Hangabtriebskraft,

Wobei

die Gewichtskraft, h die Höhe der geneigten Ebene, also des Hangs, l die Länge der geneigten Ebene/Hangs ,

der Neigungswinkel ist.
Eine andere Formel dafür kenne ich nicht.
Gut ich habe zwar die Starthöhe aber sonst auch nichts. Wie soll das damit gehen?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

OK, mit dieser Formel wissen wir schonmal, dass die Beschleunigung am Hang irgendwo zwischen a=0 und a=g liegen muss, weil der Winkel

irgendwo zwischen Null und 90° liegt.

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Jetzt gehen wir mal an den Looping. Welche Kräfte wirken da auf den Skifahrer?

Tipp: Die Loopingbahn drückt ihn nach innen, und die Erde zieht ihn nach unten.

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Im Looping wirken Zentripetalkraft (nach innen, Richtung Loopingmitte) und Zentrifugalkraft(wirkt nach außen,gegen die Zentripetalkraft).

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die Zentrifugalkraft wirkt nur im rotierenden Bezugssystem, die darfst du hier also nicht mit dazuzählen!

Wer übt die Zentripetalkraft auf den Skifahrer aus? Und welche Kraft übt die Erde auf den Skifahrer aus?

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Der Skifahrer ist doch im Looping und im Prinzip rotiert er da doch einmal oder nicht? Die Gewichtskraft übt die Zentripdealkraft aus, die Erde eine Auftriebskaft die der Zentripedalkraft entgegenwirkt.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Ich würde sagen dass sie am größten,nach dem Punkt ,wo oben im Looping die Gewichtskraft wirkt,am größten ist,also bei der Ausfahrt aus dem Looping.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Stimmt das mit dem überein, was du in der Formel für a_z siehst? Was muss möglichst groß sein, damit auch die Zentripetalbeschleunigung möglichst groß wird?

Meinst du mit "Ausfahrt" den Punkt ganz unten im Looping, an dem der Skifahrer den Looping verlässt?

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Die Geschwindigkeit muss groß sein damit die Beschleunigung groß wird.
Mit "Ausfahrt meinte ich die zweite Hälfte des Loopings.
Aber bei nochmaligen Überlegen ist die Geschwinidigkeit in der ersten Hälfte des Looping größer als in der zweiten, also muss dann dort auch die Bschleunigung größer sein.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden, die Geschwindigkeit muss möglichst groß sein.

Wo ist denn die Geschwindigkeit im Looping am allergrößten?

Tipp:
* Was hast du denn in den vorigen Aufgabenteilen für die Geschwindigkeiten ausgerechnet?
* Was hat die Geschwindigkeit im Looping mit der potentiellen Energie im Looping zu tun?

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Also die Geschwindigkeit auf der Ebene ist ja 12,13 m/s und im Looping 5,42 m/s und mehr haben wir ja noch nicht berechnet.
Hmm weiß nicht wie Geschwindigkeit und pot. Energie im Looping zusammen hängen.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Die beiden Energien sind dann gleich oder?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hast du das geraten grübelnd

Hm, irgendwie habe ich den Eindruck, ich schaffe es gerade nicht so recht, die Fragen so zu stellen, dass du dich an die Grundlagen, die du kannst, erinnerst (oder diese Grundlagen vielleicht nochmal in deinem Physik-Schulbuch oder in deiner Lieblingsformelsammlung nachliest, wiederholst oder nachlernst), diese beim Nachdenken verwenden kannst und damit selbst in der Lösung der Aufgabe weiterkommst. grübelnd

Tipp: Die kinetische Energie und die potentielle Energie verändern sich im Looping. Wann wird welche größer oder kleiner? Wie hängt die Veränderung der einen Energie mit der Veränderung der anderen Energie zusammen?

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Um einen Körper zu beschleunigen muss Arbeit verrichtet werden.Diese Energie wird dann im Körper als kinetische Energie gespeichert.
Wird die Geschwingkeit größer,wird also beschleunigt so ist wird auch die kinetische Energie größer.
Die potenzielle Energie Ist die Energie die der Körper speichert wenn Areit an ihm verrichtet wird um dann selbst Arbeit verrichten zu können.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja; und was folgerst du daraus für den Looping?

Was passiert mit der kinetischen Energie und mit der Geschwindigkeit, wenn der Skifahrer an Höhe gewinnt und dabei seine potentielle Energie anwächst?

Wo ist er also am schnellsten?

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Eigentlich müsste das heißen dass je größer die Energie ist, desto größer ist auch die Beschleunigung. Im Looping dann auf dem Höhepunkt.Aber irgendwie bin ich mir da nicht so sicher.Meine Meinung dazu schwangt von Sekunde zu Sekunde hin und her.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Die kinetische Energie habe ich gemeint

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Dann bin ich einverstanden, dass die Beschleunigung dann maximal ist, wenn die kinetische Energie maximal ist.

Aber ich bin nicht damit einverstanden, dass die kinetische Energie "auf dem Höhepunkt" am größten ist.

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Ist auf dem Höhepunkt die kinetische Energie nicht gleich groß wie die pot. Energie?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nein, das ist sie nicht. Wenn das so wäre, dann wäre das absoluter Zufall.

Die kinetische Energie, die der Skifahrer am höchsten Punkt des Loopings hat, ist nicht gleich der potentiellen Energie, die der Skifahrer am höchsten Punkt des Loopings hat.

Der Energieerhaltungssatz sagt etwas ganz anderes.

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Die Beschleunigung wird nach dem Höhepunkt des Loopings wieder größer oder? Auf dem Hangwar sie maximal, auf der Ebene Null , im Looping überall gleich oder?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Das hört sich jetzt nach Raten an, nicht nach Schlussfolgern.

Ich schlage vor, wir bleiben bei der Frage:

Wo im Looping ist die kinetische Energie maximal?

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Ich denke sie ist am größten wenn der skifahrer in den looping hinein fährt, also von der ebene wo die beschleunigung Null war und somit auch die kin. Energie null war, und dann in den Looping übergeht wo Arbeit verrichtet wird,also kin. Energie im Körper gespeichert wird.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Dem Gedankengang konnte ich jetzt nicht folgen.

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Ich hab mir das so gedacht. Die Beschleunigung a=vt hängt doch mit der kin. Energie = 1/2 mv² hängt, in beiden Formeln ist ein v enthalten. Ist das v groß,so ist auch die Beschleunigung, die kin. Energie groß und umgekehrt.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich vermute, da hast du nur die Formelbuchstaben angeschaut und dabei vergessen, was sie aussagen:

In der Formel a=v*t ist v die Geschwindigkeit, die der Körper hat, nachdem er aus dem Stillstand eine Zeit t lang mit der Beschleunigung a beschleunigt wurde.

In der Formel W_kin = (1/2)*m*v^2 ist das v die Geschwindigkeit, die ein Körper mit der Masse m hat, während er gleichzeitig die kinetische Energie W_kin hat.

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Du hast hier also nicht die kinetische Energie W_kin und die Beschleunigung a des Skifahrers zum selben Zeitpunkt betrachtet, sondern du hast von einer kinetischen Energie W_kin gesprochen, die der Skifahrer hat, nachdem er vorher (nicht gleichzeitig) mit der Beschleunigung a beschleunigt wurde, und zwar eine Zeit t lang, die hier nicht bekannt ist und die für unterschiedliche Werte von a unterschiedlich groß sein kann.

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Hm ja wenn man das so betrachtet hast du natürlich recht.

Ich blick so langsam gar nicht mehr durch.
Wir suchen doch die minimalen und die maximalen Beschleunigungswerte.
Ich habe irgendwie den Faden verloren,sehe gerade nicht den Zusammenhang zwischen den Energien und der Beschleunigung.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Wir waren bei der Frage: Wo ist im Looping die kinetische Energie am größten?

Vielleicht hilft es dir dabei, daran zu denken, was der Energieerhaltungssatz für die kinetische Energie (die mit der Geschwindigkeit verknüpft ist, die der Skifahrer hat) und die potentielle Energie (die mit der Höhe verknüpft ist, in der der Skifahrer sich befindet) bedeutet.

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

Also die kinetische Energie ist doch am größten wenn dein Körper mit der gröten Geschwindigkeit bewegt wird, deswegen heißt sie wohl auch Bewegungsenergie.
Die pot. Energie ist am höchsten Punkt des Systems am größten,man nennt sie ja auch Lageenergie.

Das heißt dort wo die Geschwindigkeit im Looping am größten ist,ist auch die kin. Energie am größten.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Damit bin ich komplett einverstanden. Meine Frage von oben lautet:

Und wo im Looping ist die Geschwindigkeit und die kinetische Energie am größten?

Castillo · Anmeldungsdatum: 26.12.2006 Beiträge: 251

In der ersten Hälfte im Looping bis zum Höhepunkt würde ich sagen,lieg ich da richtig?