Zugkraft und Reibungbei schiefer Ebene berechnen?

4 Antworten

Vom Fragesteller als hilfreich ausgezeichnet

Zunächst mal: Im wesentlichen sind deine Überlegungen richtig.

Ich beginne Mal mit (2), die Antwort erscheint mir simpler. Die angebrachte Zugkraft bzw. "Hangabtriebskraft" findet man zwar wie gesagt in jeder Formelsammlung, mit etwas Hintergrundwissen ist sie aber leicht ableitbar.

Es sollte ja klar sein, dass es sich bei dieser Kraft um eine resultierende Kraft handelt, jedenfalls nicht um eine elementare Grundkraft. Die tatsächlich wirkenden Kräfte aus denen sich die Hangabtriebskraft als Summe ergibt, sind nämlich die Gewichts- und die Normalkraft. Aufgrund der Tatsache, dass die Schwerkraft senkrecht nach unten wirkt, die Normalkraft senkrecht zum Untergrund und die Normalkraft Resultat des Reaktionsprinzip bezüglich der zur Oberfläche senkrechten Komponente der Schwerkraft ist, ergibt sich ein rechtwinkliges Dreieck (z.B. hier zu sehen: https://de.m.wikipedia.org/wiki/Hangabtriebskraft).

Aber selbst dann wenn man die Herleiten nicht versteht oder nicht ständig konsultieren möchte ist intuitiv klar, dass die Hangabtriebskraft Null sein muss, wenn der Winkel an der Ebene 0° beträgt (denn ohne schiefe Ebene wird sich ja sicher nichts bewegen). Folglich kommt nur der Sinus infrage.

Die Frage unter (1) ist noch wesentlich besser, denn sicher will die Aufgabe, dass du sobald eine Bewegung vorliegt mit Geleitreibung rechnest, ohne Bewegung mit der Haftreibung, was ein unphysikalischen plötzlichen Sprung in der Reibungskraft zur Folge hätte,von dem Moment, wenn die Masse zu rutschen beginnt. Genau dieser Umstand verwirrt dich zurecht. Fakt ist nämlich, dass die lineare Reibung die Realität an dieser Stelle nur unzureichend beschreibt. Ganz korrekt gesehen hast du also Recht, man müsste beim Übergang zwischen Stillstand und Bewegung die beiden Koeffizienten irgendwie verrechnen (wie genau ist dabei nicht trivial, darum unklar). Also tolle Frage, die über die Schulphysik hinausgeht. Für Aufgaben dieser Art gilt aber wie gesagt der eigentlich unphysikalische Sprung.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung
Fa= Fzug - Fr

Was genau ist Fa?

Es macht erst mal einen Unterschied, ob du eine Zugkraft (Fzug) berechnest mit der du eine z.B. Kiste vor dem Rutschen abhalten willst oder ob du eine Kiste hochziehen willst.

1)Kiste vor dem Rutschen abhalten:

Fzug =Zugkraft

Fh = Hangabtriebskraft

Fr = mügleit*Fn = Gleitreibungskraft.

Fr = mühaft*Fn = Haftreibungskraft

In diesem Fall würde die Kiste ohne Fzug runterrutschen, da Fr immer der Bewegung entgegen wirkt, zeigt Fr in die entgegengesetzte Richtung zu Fh.

->

0= -Fh+Fr+Fzug

Aus dieser Gleichung könntest du die Kraft Fzug ausrechnen, die nötig ist, um die Kiste vom runterrutschen abzuhalten (dabei benutzt du für Fr die Haftreibungskraft).

2)Kiste nach "oben" ziehen.

Hier sieht es anders aus. Jetzt ist die Bewegungsrichtung nach oben und Fr wirkt entgegen der Zugkraft.

->

0 = -Fh-Fr+Fzug.

Hier rechnest du dann das Fzug zum Ziehen aus (verwendest für Fr jedoch die Gleitreibungskraft). Allerdings gilt diese Fzug erst nach dem du die Haftreibung überwunden hast.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung

1) zuerst eine Zeichnung machen

2) die Kräfte an der masse m antragen mit richtigen Vorzeichen

siehe Physik-Formelbuch

Hangabtriebskraft Fh=Fg*sin(a)=m*g*sin(a)

Normalkraft Fn=Fg*cos(a)=m*g*cos(a)

Reibkraft Fr=u*Fn=u*m*g*cos(a)

Gleichgewichtsbedingung:

Die Summe aller Kräfte in einer Richtung ist zu jeden Zeitpunkt gleich Null

Hinweis: Die Reibkraft Fr wirkt immer entgegen der Beweugusrichtung

Die Trägheitskraft F=m*a wirkt auch immer entgegen der Bewegungsrichtung

Hieraus ergibt sich

Fh-Fr-F=0

Nun muß geprüft werden ob Fh>Fr ist,dann bewegt sich was

ist Fh<Fr so bewegt sich nichts.

Wenn nun nochmals eine Zugkraft nach unten auftritt

Fz+Fh-Fr-F=0

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – hab Maschinenbau an einer Fachhochschule studiert

Es ist Fzug = m • g • sin(alpha)

außerdem Fn = m • g • cos(alpha)

Also insgesamt

F(resultierend) = m • g • sin(alpha) - mü-gleit • m • g • cos(alpha)

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung