[Physik] Wieso weiß man hier den Haftreibungskoeffizient?
Guten Abend,
woher weiß man hier bei b), dass der Haftreibungskoeffizient hier mindestens den Wert 0,68 haben muss? Bezieht sich das auf die Formel der maximalen Haftreibungskraft Fhr,max = Haftreibungszahl * Fn? Bedeutet das, dass in dieser Aufgabe die Gewichtskraft die Normalkraft ist? Ist meine Vermutung richtig? In welchen Fällen ist die Gewichtskraft gleich die Normalkraft und in welchen Fällen ist die Gewichtskraft ungleich der Normalkraft?
[AUFGABE]
[LÖSUNG DER AUFGABE]
[MEINE BERECHNUNGEN ZUR AUFGABE]
[FORMELSAMMLUNG]
2 Antworten
Bedeutet das, dass in dieser Aufgabe die Gewichtskraft die Normalkraft ist?
Ja, so ist es. Die Normalkraft ist immer die Kraft, die senkrecht (= normal) auf den Untergrund wirkt.
In welchen Fällen ist die Gewichtskraft gleich die Normalkraft
Immer dann, wenn der Untergrund eben (waagrecht) ist.
und in welchen Fällen ist die Gewichtskraft ungleich der Normalkraft?
Immer dann, wenn der Körper auf einer schiefen Ebene steht. Dann muss die Gewichtskraft vektoriell in die Normalkraft und die Hangabtriebskraft zerlegt werden.
woher weiß man hier bei b), dass der Haftreibungskoeffizient hier mindestens den Wert 0,68 haben muss? Bezieht sich das auf die Formel der maximalen Haftreibungskraft Fhr,max = Haftreibungszahl * Fn?
Da muss ich etwas ausholen. Die Reibungskraft ist eine ziemlich intelligente Kraft. Die macht es wie ein gutes Pferd: "Ein gutes Pferd springt nie höher als es muss." Die tatsächlich wirkende Haftreibungskraft ist auch nie größer, als sie unbedingt sein muss. Daher vermutest du richtig, dass mit der einschlägigen Formel immer nur die maximal mögliche Haftreibungskraft berechnet wird.
Hatte glaube ich schon mal auf den eigenartigen Humor von Mathematikern und Physikern hingewiesen, der sich oft in Klausuraufgaben dadurch niederschlägt, dass die Aufgaben von denen, die Durchblick haben, durch kurzes nachdenken leicht im Kopf lösen lassen und alle anderen rechnen sich nen Wolf und gucken dann blöd.
Eine solche Aufgabe könnte z.B. so lauten:
Ein Auto (m = 1450 kg) steht auf einem ebenen Parkplatz. Sein Schwerpunkt befinde sich exakt in der Mitte zwischen allen 4 Rädern. Welche Haftreibungskraft wirkt auf das linke Vorderrad? Nehmen Sie g mit 9,81 m/s^2 und μ mit 0,65 an.
Antwort: F_hr = 0. Im Stand wirken keine Kräfte parallel zum Boden auf das Fahrzeug, wodurch auch keine Haftreibungskraft entsteht, die diesen Kräften entgegenwirken müsste.
Damit zu b), da brauchen wir diese Erkenntnis. Hier muss man auch nicht rechnen, sondern nur kurz überlegen.
Wenn Fz = 0,68 * Fg ist, dann muss F_hr genauso groß sein, damit das Auto nicht aus der Kurve fliegt. Es gilt also:
Fz = Fhe_max
0,68 * Fg = μ * Fg
μ = 0,68 (mindestens, mehr darf es immer sein)
Einfach ist es auch bei der Betrachtung der Querbeschleunigungen: Um eine Querbeschleunigung aq von 9,81 m/s^2 zu erreichen, muss μ mindestens = 1 sein:
μ = aq / g
Wirklich eine perfekte Antwort! 🤩 Und die Beispiele helfen immer perfekt, um es besser zu verstehen. Danke für deine Mühe und deine super Hilfe! 😊
(Ich kann erst morgen wieder „Hilfreich“ und „Danke“ vergeben, da ich heute bereits je 100 „Hilfreich“ und 100 „Danke“ vergeben habe. Mich stört die Werbung und ab Level 30 wird einem hier keine Werbung mehr angezeigt. Pro Vergabe von „Hilfreich“ und „Danke“ erhält man je einen Punkt.)
Die haben aber komische Bezeichnungen für die Kräfte. Würde mich wundern, wenn ihr das genau so macht. Das was ich als Fn = Normalkraft kenne, bezeichnen die als F_G⊥ und bennenen das als Normalkomponente der Gewichtskraft.
Eher üblich, wie ich das auch kenne, ist die Bezeichnung wie in dem Bild, das ich in meiner Antwort gepostet habe.
Mit solchen „komischen“ Bezeichnungen haben wir das auch noch nie gemacht. Kann man die Normalkraft auch genau umgekehrt wie in deiner Abbildung zeichnen, also so wie in der Abbildung 3 von der Webseite, oder wäre das falsch? Bei einer früheren Aufgabe gab es ja einen Rotor, wo die Fahrgäste an die Außenwand gepresst wurden und der Boden unter ihren Füßen wegfuhr („1. Rotor“: [https://www.gutefrage.net/frage/physik-jahrmarktsphysik-rotorkarussell]). Dort haben wir ja gesagt, dass die Zentripetalkraft die Normalkraft ist und die Zentripetalkraft zeigt ja immer zum Mittelpunkt des Kreises, immer zum Drehzentrum.
Kann man die Normalkraft auch genau umgekehrt wie in deiner Abbildung zeichnen,
Ja, das ist der Standard, wie ich ihn noch nie anders gesehen habe und wie er auch an den (mir bekannten) Unis gelehrt wird. Da solche Bezeichnungen aber keinen Gesetzescharakter haben, kann das jeder machen wie er will und da gibt es immer wieder Einzelöfälle der Selbstverwirklichung, die meinen, es ganz anders machen zu müssen. Mein Rat wäre: vergiss die von dir verlinkte Seite. Du sparst dir damit einiges an Verwirrung.
Die Haftreibungskraft FH = fh * FN wobei FN die Normalkraft ist. Diese ist in der obigen Aufgabe die Gewichtskraft. Der Zahlenwert für die Gleitreibungskraft steht schon in der Lösung der Aufgabe 1a. Die Haftreibungskraft ist größer gleich der Gleitreibungskraft.
Wenn die Gewichtskraft senkrecht auch die Auflagefläche wirkt, dann ist sie eine Normalkraft. Das Wort "normal" hat in diesem Zusammenhang die Bedeutung von senkrecht.
In welchen Fällen ist die Gewichtskraft gleich die Normalkraft und in welchen Fällen ist die Gewichtskraft ungleich der Normalkraft?
Eine Normale steht senkrecht auf einer Bezugsebene. Ist die Bezugsebene horizontal, dann ist die Normale eine Senkrechte auf die Horizontale. Im Falle eines Gewichtes G = m * g wirkt das Gewicht oder die Gewichtskraft in der Senkrechten also in Richtung der Normalen.
haben wir eine schiefe Ebene und darauf liegt ein Gewicht , dann wirkt die Gewichtskraft nach wie vor… sie wirkt aber nicht senkrecht zur Unterlage, sie wirkt in Richtung der Erdoberfläche, also 8n Richtung von g. Die Normalkraft ist jene K9mponente der Gewichtskraft, welche senkrecht auf die Unterlage wirkt. Das ist m*g* cos(Winkel der schiefen Ebene)
Wieso bezeichnet man machmal etwas als Unterlagenkraft? Ist die Unterlagenkraft das gleiche wie die Zentripetalkraft? Wäre es falsch, wenn ich statt Unterlagenkraft Zentripetalkraft schreibe?
Hier ist ein Beispiel einer solchen Aufgabe: https://www.gutefrage.net/frage/physik-jahrmarktsphysik-rotorkarussell
Ich kenne den Begriff Unterlagenkraft nicht. Ich vermute, dass damit die Reibungskraft gemeint ist.
Schau dir sehr gerne die Frage an, die ich einen Kommentar über deinem verlinkt habe. Falls du Lust und Zeit hast. Dort steht in der Lösung „Gewichtskraft, Haftreibungskraft, Unterlagenkraft“. Und die Unterlagenkraft meint bestimmt die Zentripetalkraft.
https://www.leifiphysik.de/mechanik/kraefteaddition-und-zerlegung/grundwissen/kraefte-der-schiefen-ebene-rechnerisch
Schau dir hier gerne mal die Abbildung 3 an, hier wird die Normalkraft in die entgegengesetzte Richtung des Untergrundes gezeichnet. Kann man das immer auch so machen? Was ist der Unterschied zwischen der Darstellung mittels Kräftezerlegung (Abbildung 2) und mittels Kräfteaddition (Abbildung 3)? Kann man beides immer als Zeichnung verwenden?