Actio und reactio beim pferdegespann?
Hallo zusammen,
mich hätte eine Frage zum aktio und Reaktio Prinzip bei Kräften. Als Beispiel hab ich den Klassiker mitgebracht, wo das Pferd eine Kutsche zieht. Im Bild ist ja dafür eine Erklärung gegeben.
meine Frage nun: dort wird ja gesagt das beide Kräfte an unterschiedlichen Körpern angreifen und gleich groß aber entgegengesetzt sind. Jetzt ist das Pferd ja mit dem Erdboden verbunden und übt auf den Boden eine Kraft aus, und der Boden übt eine gleichgrosse entgegengesetzte Kraft auf das Pferd aus. Könnte man aber jetzt nicht argumentieren, dass auch der Wagen mit dem Erdboden verbunden ist? Ja logisch der hat nur Rollreibung und die wird kleiner sein, als die haftreibung beim Pferd.
- aber müsste nicht die Kraft die das Pferd auf den Wagen ausübt gerade die Kraft sein mit der sich das Pferd am Boden wegdrückt und damit würden sich die Kräfte ja wieder ausgleichen?
- was wäre wenn das Pferd keinen Wagen zieht, sondern eine großen steinblock, dessen haftreibungskraft größer ist als die des Pferdes. Könnte das Pferd den Block dann überhaupt ziehen?
- welche resultierende Kraft wirkt denn letztlich auf den Wagen ? Also was ist der Unterschied zwischen der Kraft des Pferdes auf den Wagen und der Kraft des Pferdes auf den Boden?
3 Antworten
Gleichgewichtsbedingung:
1) Die Summe aller Kräfte in eine Richtung müßen zu jedem Zeitpunkt gleich NULL sein.
2) Die Summe der Drehmomente um einen beliebigen Punkt müßen zu jedem Zeitpunkt gleich NULL sein.
Vorgehensweise:
1) die Masse m und ein x-y-Koordinatensystem zeichnen
2) alle Kräfte an der Masse m einzeichnen,mit der richtigen Wirkrichtung
Hinweis:Eine Kraft F zerlegt man in ihre x-Komponenten und y-Komponenten,falls notwendig.
Bei dir
Fpzug-Fr=0
Fpzug=Fr
Fpzug=Zugkraft des Pferdes in x-Richtung positiv
Fr=Rollwiderstand des Wagens in x-Richtung negativ (Vektorspitze zeigt in negativer Richtung der x-Achse)
Zugkraft des Pferdes ist Fpzug=u*Fg=u*m*g
u=Reibungsbeiwert zwischen den Hufen und der Straße,siehe Tabbel im Physik-Formelbuch
Rollwiderstand des Wagens Fr=u*Fg=u*m*g
u=Rollwiderstandsbeiwert aus dem Physik-Formelbuch
Actio=Reactio
Ist die Kräftegleichgewichtsbedingung von Zugkraft (Pferd) und Rollwiderstand (Wagen)
- 0. Das "Pferd" ist ein Kamel oder ein Lama...
Zu deinen Fragen:
- Doch, das ist so. Aber das hindert das Zugtier nicht daran, sich gleichförmig und mit der Kutsche zu bewegen. Bei gleichförmiger Bewegung ist die Kräftesumme null, es gibt keine resultierende Kraft
- Wenn das Tier einen Steinblock zieht, sind alle Kräfte entsprechend grösser: Reibungskraft, Zugkraft, Abstosskraft des Tieres am Boden. Ob es ihn überhaupt ziehen kann, hängt nur von der Grösse der Reibungskräfte ab: Wenn die maximale Haftreibung der Tiefüsse grösser ist als die Gleitreibung des Steinblocks, dann kann der Block bewegt werden.
- Es gibt keine resultierende Kraft bei gleichförmiger Bewegung. Alle 4 Kräfte sind gleich gross: Abstosskraft der Tierfüsse, Zugkraft am Wagen, Rückzugkraft am Tier, Gleit-/Luft-/Rollreibung der Kutsche.
Vermutlich reicht es, wenn ich dein PS beantworte:
- Man muss auch mit der Sprache sehr präzise sein in der Physik: Was meint man mit "Bewegung"? Z.B. sind "in Bewegung sein" und "in Bewegung setzen" zwei grundverschiedene Dinge.
- Um das Gespann in Bewegung zu setzen, physikalisch also zu beschleunigen (!), dazu ist eine resultierende Kraft nötig. In diesem Stadium muss hierzu das Pferd auf den Boden eine grössere Kraft aufbringen als die Hemmwirkung (Reibungskraft) durch den Wagen ist. Die Angabe im "tipler Physik" stimmt also nur, wenn das Gespann anfährt oder beschleunigt.
- Aber wenn der Wagen mit konstanter Geschwindigkeit gezogen wird, ja, dann sind die beiden Kräfte gleich gross. Du dachtest also richtig, falls es eine gleichförmige Bewegung ist.
Somit
Frage 1: JA
Frage 2: man kann, muss aber nicht. Kommt auf die Frage an, die man lösen will. Man sieht ja auch nicht, ob das ein Seil oder eine Stange ist.
1: aber ist die Kraft mit der sich das Pferd vom Boden wegdrückt wirklich die Kraft die auf den Wagen wirkt? Denn sagen wir das Pferd drückt mit 100N gegen den Boden dann wirken doch diese 100N auf den Wagen und das Pferd selbst oder?
2: das mit den Kräften insgesamt hab ich verstanden auch wann die Bewegung gleichförmig wird etc. Das war ja gar nicht mein Problem. Ich will wirklich auf das Actio reactio hinaus, denn ohne Reibung könnte das Pferd den Wagen ja nicht ziehen. Aber was genau hat dann schließlich die Reibung des pferdes am Boden mit dem Actio-reactio Kräftepaar (Pferd-Wagen) zu tun, denn auch der Wagen reibt ja am Boden aber dort gibt es ja auch eine reaktionskraft, welche aber scheinbar gar nicht betrachtet werden muss.
2) Maximale Zugkraft des Pferdes Fpzug=u*Fg=u*m*g
u=Haftbeiwert zwischen den Hufen und der Straße
bei´m Steinblock Fr=u*Fg=u*ms*g
u=Haftbeiwert zwischen Steinblock und Straße
wenn Fr>Fpzug dann kann das Pferd den Steinblock nicht ziehen
wenn Fr<Fpzug dann kann das Pferd den Steinblock ziehen
Hinweis: Im Physik-Formelbuch stehen 2 Werte
Haft- und Gleitreibungszahlen (Anhaltswerte)
Autoreifen/Asphalt 0,55 Haftreibungszahl
Autoreifen/Asphalt 0,3 Gleitreibungszahl
3) es gibt keine resultierende Kraft,sondern nur den Gleichgewichtszustand
Zugkraft vom Pferd=Rollwiderstand von Wagen
Vielen Dank erstmal dass du dir die Zeit genommen hast.
eine Nachfrage noch:
wenn man das ganze jetzt nochmal mit Kräften betrachtet:
das Pferd zieht mit einer Kraft am Wagen. Der Wagen zieht mit gleixhgrosser aber entgegengesetzter Kraft am Pferd. Würde das ganze im Weltall stattfinden dann würden sich ja beide Körper einfach aufeinander zu bewegen, so als würden sich zwei Menschen zueinander an einem Seil ziehen, wenn sie auf rollen stehen. So jetzt bewegt sich aber die ganze Kolonne vorwärts. Man kann dann also sagen das Pferd drückt mit einer Kraft gegen den Boden nach hinten und die reaktionskraft des Bodens ist es die das Pferd dann nach vorne bewegt.
aber wie kann man diese Kräfte jetzt mit den anderen beiden Kräften (des Pferdes und des Wagens) in Verbindung bringen? Denn man kann ja auch argumentieren, dass auch der Wagen mit dem Boden verbunden ist. In dem Buch aus dem Bild oben wird ja eben argumentiert dass sich das Pferd mit der Erde verbunden hat, aber der Wagen ist es ja genauso.
1.kann man es denn so sehen, dass die rückzugkraft des Wagens auf das Pferd quasi durch die Kraft des Bodens, die das Pferd nach vorne drückt ausgeglichen wird?
2.wieso kann man Pferd und wagen überhaupt als getrennte Körper ansehen?
Ps: ich frage nach weil ich bspw. Im tipler physik auf dieses Problem gestoßen bin und dort wurde die Bewegung des Pferdes damit begründet, dass das Pferd auf den Boden eine größere Kraft auswirkt, als dass der Wagen das Pferd zurückzieht, aber ich dachte eigentlich, dass die Kraft mit der sich das Pferd am Boden abstößt gerade die Kraft ist, mit der es am Wagen zieht .