Frage von jochen45643, 57

Hilfe, könnte mir jemand bei der Physikaufgabe helfen?

Eine E-Lok zieht einen Zug eine Steigung von (α = 1,5°) hinauf. Sie erhöht ihre Geschwindigkeit dabei gleichmäßig beschleunigt von v0 = 36 km/h auf v = 72 km/h. (m = 600 t; μ = 0,01)

a) Berechnen Sie die Zugkraft der E-Lok bei 72 km/h, wenn ihre Leistung 5.000 kW beträgt!

b) Berechnen Sie dann die Beschleunigung!

c) Bestimmen Sie die zurückgelegte Strecke und die dabei verrichtete Arbeit!

DANKE

Antwort
von RHCWeinkontor, Business, 14

Also ich habe es so gerechnet:

zunächst alle Kräfte bestimmt:

Die Gewichtskraft Fg, die nachunten zieht, wird in die Normkarft Fn (senkrecht auf der Ebene) und die Hangabtriebskraft Fh in Richtung der Ebene zerlegt:

Fg = m*g = 5,886*10^6

Fn = Fg*cos a = 5,884*10^6

Fh = Fg*sin a = 0,154* 10^6

Gleitreibungskraft Fr=0,01*Fn= 58,84*10^3

alles in N

Wenn der Zug den Hang hochfahren will, muss er Fh und Fr überwinden. Fg bleibt jetzt außen vor. Also

Fz= Fh+Fn = 212,8*10^3 N

Beschleunigung a = Fz/m = 0,3547 m/s^2

36 km/h = 10 m/s, 72 km/h = 20 m/s

Es wird also v um 10 m/s erhöht:

Zeitintervall t = v/a = 10/0,3547 = 28,19 sec.

Der Weg während dieser Zeit:

s= v*t = 28,19*10 = 282 m

Leistung:

der Zug hat die kinetische Energie bei Endgeschwindigkeit:

E = 0,5 m*v^2

da der Zug vor der Beschleunigung bereit 36 km/h gefahren ist, ist der zusätzliche Energiebeitrag aber die Differenz

E= 0,5m* 20^2 - 0,5m*10^2

E=0,5m(400-100) = 90*10^6 J

Diese zusätzliche Energie wird in 28,19 sec aufgebracht:

P = E/t =3,19*10^6 Watt, also 3190 kW

Das ist die Leistung, die zu der obigen Beschleunigung passt. Die Kraft war dabei Fz.

Die Frage, welche Kraftt bei 5000 kW auftritt, ist mir hier nicht ganz klar, da wir dann eine höhere Beschleunigung hätten und / oder eine andere Endgeschwindigkeit. 

Die Frage müsste dann lauten: Wenn der Zug 5000 kW aufwendet, um von 36 auf 72 km/h zu beschleunigen, welche Kraft wirkt dann dabei?

Wenn man jetzt P=F*v ansetzt, dann aber mit v = 10 m/s, denn der Zug geht ja von 10 auf 20 m/s.

5000/10 = 500 kN

Irrtum vorbehalten

+ viele Grüße,

Holger Casselmann

Kommentar von RHCWeinkontor ,

ich glaube, dass der letzte Teil mit P = 5000 kW nicht richtig ist, bzw, die Fomel P=F*v  so nicht anwendbar ist, wenn ich von 36 auf 72 km/h beschleunige.

Kommentar von RHCWeinkontor ,

Habe nochmals die Formel P=F*v angeschaut. Es zählt nur die Endgeschwindigkeit. Der Ursprung ist ja die Formel für kinetische Energie. Also war F=p/v richtig mit:  5000/20= 250 kN.

Die Beschleunigung wäre dann a=F/m = 0,417 m/s^2. Das passt sehr gut zu den Ergebnissen oben. Müsste also stimmen. Wenn oben keine Rechenfehler sind, sollte die Aufgabe damit vollständig gelöst sein.

Antwort
von jochen45643, 20

Frage ist noch aktuell.


Antwort
von RHCWeinkontor, Business, 28

Was ist dabei µ und ist deine Frage noch aktuell?

Kommentar von jochen45643 ,

Frage ist noch aktuell.

Bin mir nicht sicher, ob die Beschleunigung richtig ist, μ halt Reibung in Fr einbauen.

Wäre toll, wenn das jemand überprüfen könnte, ob es richtig oder flasch ist.

a,b)

P= F*v                   a=F/m= 250000/600000= 0,416 m/s²

F= P/v = 5000/20=250kN


Fz=Fb+Fh+Fr

Fz= m*a + m*g*sinα + m*g*cosα*μ

Fz 600*0,416+600*9,81*sin(1,5)+600*9,81*0,01* cos(1,5)

Fz= 462,5 kN



c)

w=F*s

s= v²-vo²/2*a

s= 20²-10²/2*0,416 = 120,2m

w= 250kN * 120,2m= 30048 kNm

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