Hat Masse beim Rollen entlang einer schiefen Ebene keinen Einfluss?

6 Antworten

Deine Rechnung ist soweit erstmal richtig, die Masse spielt hierbei keine Rolle und du kommst mit allen auf des gleiche Ergebnis. Allerdings muss man in der Praxis noch die Reibung mit einberechnen, dort spielt die Masse dann wieder eine Rolle und erklärt warum du bei deiner Messung auf unterschiedliche Ergebnisse kommst.

Haben die Kugeln nicht nur eine unterschiedliche Masse sondern auch eine unterschiedliche Größe müsste man auch noch den unterschiedlichen Luftwiederstand mit einberechnen.

Ekin=(1/2)*m*v^2

Epot=m*g*h

für den freien Fall gilt:

Ekin=Epot

(1/2)*m*v^2=m*g*h

Wenn wir nun die Gleichung nach v umstellen kürzt sich die Masse aus der Gleichung raus wir erhalten für die Geschwindigkeit v:

v=√(2*g*h)

Wo die Masse auf jeden Fall eine Rolle spielt ist die Reibung. Je größer die Masse, desto größer wird die Reibung auf gleicher Ebene, wenn alle anderen Faktoren gleich bleiben.

Wir erhalten für die Reibungskraft:

FR=µ*FN

µ ist unsere Reibungszahl. Sie ist Stoffspezifisch. Es kommt also darauf an aus welchem Stoff unser Körper besteht und welchen Stoff unser Untergrund.

Die Normalkraft liegt immer im 90° Winkel zur Ebene wir erhalten also für die Normalkraft:

FN=Fg*cos(∝)

Die Handabtriebskraft erhalten wir dann entsprechend durch:

FH=Fg*sin(∝)-FR

Das heißt wir ziehen einfach die Reibungskraft ab, da diese der Hangantriebskraft entgegen wirkt.

für die Beschleunigung dann:

FH=m*a => a=FH/m

und die Endgeschwindigkeit

a=∆v/∆t => ∆v=a*∆t

Dazu muss natürlich eine Strecke gegeben sein. Wie lange wird er denn jetzt für die Strecke bis nach unten brauchen?

s=(1/2)*a*t^2 => t=√s*2/a

Die Kugelmasse muss ja nicht nur linear beschleunigt werden, sondern auch in Drehung versetzt werden, da die Kugel nicht gleitet, sondern rollt. Je größer die Kugel (bei gleichem Gewicht) ist, umso mehr Energie braucht sie, um sich schneller zu drehen und somit schneller zu werden!

Die Erdbeschleunigung wirkt unabhängig von der Masse auf alle Körper gleich und beträgt rund 9,8 m/s^2. Somit rollen theoretisch auch auf der schiefen Ebene alle Kugeln mit der gleichen (entsprechend geringeren) Beschleunigung hinunter, die alleine von der Neigung der Ebene abhängig ist. Praktisch gibt es geringe Differenzen, weil sich beispielsweise bei einer leichten Kugel der Luftwiderstand stärker bemerkbar macht.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung

Sind die Kugeln mit etwas gefüllt? Weil dann muss man glaub ich noch sowas wie Drehenergie berücksichtigen. Reibung spielt natürlich auch eine Rolle. Wenn die Kugeln massiv sind und sich nur durch ihre Massen unterscheiden, würden sie im reibungsfreien Idealfall die gleiche Zeit benötigen. Die Beschleunigung die auf die Kugeln wirkt ist immer gleich und hängt nur von der Neigung der Ebene ab