Kräfte verstehen, kann mir jemand Tipps / Hinweise geben?
Hallo zusammen,
ich habe Schwierigkeiten Kräfte zu ermitteln und zu verstehen und hoffe, dass vielleicht einer von euch mir Tipps / Hinweise geben kann etc.
Damit ihr versteht was ich meine, hier ein Beispiel:
Aufgabe 1: Berechne die Beschleunigung, wenn es aus dem Stillstand losgelassen wird.
Mein Vorgehen:
Formel = F(resultierend) = m * a
FG, FN, FR berechnet etc.
Problem:
Wie ermittle ich anhand den ausgerechneten Formeln F(resultierend)?
Lösung:
FG2 (vom m2) - Hangabtriebskraft - Reibungskraft
Wieso? Und wieso wurde zuerst die Hangabtriebskraft genommen und nicht die Reibungskraft?
Zweite Aufgabe zum gleichen:
Berechne die Kraft im Seil?
Auch ist hier bei mir die Schwierigkeit zu erkennen wie ich hier vorgehen muss.
Bitte berechnet mir die Aufgaben nicht, mir geht es mehr um die Logik dahinter, ggf. Zusammenhang zu newtonschen Gesetz etc.
Links etc sind ebenfalls gewünscht.
Ich habe bereits gegoogelt etc. aber komme leider nicht fort.
Hoffe ihr könnt mir helfen Kräfte besser zu verstehen.
2 Antworten
Kräfte sind in der Mechanik immer sort, wo "Wirkungen" auftreten. Immer wenn etwas "geschoben", "gezogen" oder "bewegt" wird, wirkt hier irgendwo eine Kraft. Seile sind da eines der einfachsten Beispiele, wo zumindest die Kraftrichtung sehr deutlich ist; nämlich genau immer in Richtung des Seils.
In deinem Beispiel wäre der erste Schritt zu prüfen, wo denn eigentlich Kräfte zwischen den einzelnen Komponenten im System wirken.
- Beispielsweise wirkt auf alles immer die Schwerkraft. Diese wirkt immer auf den Schwerpunkt eines Objektes. Seile sind meistens sehr leicht und werden bei solchen Aufgaben bzgl. der Schwerkraft vernachlässigt.
- Die Masse 2 wird nun also von der Schwerkraft nach unten gezogen. Gibt es noch irgendeine Beeinflussung? Ja - Das Seil ist noch daran befestigt. Was macht dieses Seil? Drückt es die Masse 2 nach unten? Nein - es würde die Masse wenn dann am freien Fall hindern. Hier wirkt also eine Kraft auf die Masse 2, verursacht von dem Seil, und zwar nach oben!
- Gleiches bei Masse 1. Hier wirkt die Schwerkraft, die Seilkraft (entlang der Richtung von dem Seil), und aufgrund des Kontakts auf die Unterlage auch eine Reibungskraft. Wegen der Lage auf der schiefen Ebene, wirkt die Schwerkraft hier entlang der Bewegungsrichtung effektiv nur als Hangabtriebskraft (die Normalkraft ist nicht direkt relevant, wegen der senkrechten Lage zur Bewegungsrichtung. Sie fließt aber indirekt über die Reibungskraft mit ein).
Das nächste was du bei sowas wissen solltest, ist die Tatsache, dass jede Kraft, immer, aufgeteilt werden kann in zwei oder mehreren anderen Kräften. Sowas nennt man Kräftezerlegung. Wenn du nämlich Kräfte direkt rechnerisch miteinander vergleichen möchtest, müssen diese in die selbe Richtung zeigen (bzw. auf der gleichen Linie liegen). Umlenkrollen "leiten" die Kraft einfach weiter, ändern also einfach nur ihre Richtung.
- Bei Masse 2 ist dies einfach: Du hast die Schwerkraft, welche nach unten Zeigt, und die Seilkraft, welche nach oben zeigt. Diese liegen dann offensichtlich auf der selben Achse ("Linie") und können demnach einfach zusammenaddiert werden. Das wäre dann schon die Resultierende Kraft auf die Masse 2.
- Auf Masse 1 wirkt die Seilkraft (Die Umlenkrolle lenkt die Kraft wie gesagt einfach nur um), also die gleiche Seilkraft wie auf Masse 2. Zudem wirkt die Reibungskraft. Diese wirkt immer entgegengesetzt zur Bewegung, was in diesem Fall schon entlang der Unterlage, und damit parallel zur Seilkraft wirkt. Diese beiden kann man also auch einfach addieren. Das wär schon die Resultierende Kraft auf Masse 1 für die Achse parallel zur Unterlage.
Jetzt hast du also schon
Als Kräfte auf die beiden Massen in Bewegungsrichtung. Dabei ist F_g die Schwerkraft, F_S die Seilkraft, F_R die Reibungskraft und F_H die Hangabtriebskraft. Jetzt siehst du, dass in beiden Gleichungen die Seilkraft vorkommt. Da du diese nicht kennst, kannst du beide Gleichungen an dieser Stelle gleichsetzen, um so auf die Beschleunigung zu kommen oder sonst irgendwelche Größen ausrechnen.
Zusammengefasst, wie man bei sowas vorgeht:
Schau dir alle Komponenten im System einzeln an und überlege dir, wo logisch gesehen Kräfte wirken müssen. Dann überlege dir, in welche Richtung diese Kräfte wirken, welche Richtung dich tatsächlich interessiert und addiere alle Kräfte in dieser interessanten Richtung auf, um die resultierende Kraft für diese Richtung zu bekommen.
Und fehlt bei F1 nicht noch die Hangabtriegskraft?
Kein Problem!
Zu 1: Wenn ein System zusammenhängend ist, sollte man positive Vorzeichen von Kräften immer so wählen, dass sie die selbe "Richtung" anzeigen. Hier habe ich die positive Richtung der Kräfte so gewählt, dass die Masse 2 nach unten beschleunigt wird, weil das die "natürliche" Bewegung in diesem System ist. Beachte aber, dass ich hier von wählen spreche. Die Vorzeichen kannst du tatsächlich immer so wählen wie du magst, solange sie konsistent sind (also unterschiedliche Richtungen = unterschiedliche Vorzeichen).
Zu 2: Die Normalkraft steckt in der Reibungskraft F_R, da diese als F_R=F_N*mu definiert ist. Die konkrete Kraft an sich ist bei der Bewegung in dieser Richtung nicht nötig, da sie senkrecht zur Bewegung wirkt.
Oh! Ganz richtig! Die muss natürlich noch dazu, ich werde es ergänzen. Danke!
*ich habe die negative Richtung so gewählt, dass die Masse 2 nach unten beschleunigt wird
... sorry, ist schon spät ;)
Danke viel vielmal DrNumerus. Habe mich für die Fragen geschämt und nun denke ich mit bisschen Üben und deinem Theorie-Input sollte es gehen. Danke vielvielmal! Leider kann ich dir noch kein Award geben :( Einen schönen Sonntag!
Ebenfalls danke für die Dankbarkeit ;)
Schäm dich nicht für Fragen, vor allem nicht auf einer solch anonymisierten Platform. Sollte diesbezüglich doch noch was aufkommen, kannst du mir gerne eine weitere Nachricht zukommen lassen.
Im Endergebnis hast du hier ein zentrales Kräftesystem. Somit hast du die kräfte alle in einem Punkt (Kräfte lassen aich auf der Wirklinie verschieben). Das wäre bei dir da wo die Rolle ist. So kann man dann schon mal die Seilkraft errechnen, hald zuvor Fr errechnen (Fr=Fg+µ).
Nun kannst du dir eben ein Kräftedreieck bilden und mit den Winkelfunktionen die gesuchten Kräfte ableiten
Hallo AlexTbg,
vielen Dank für deine rasche Antwort.
Leider habe ich es immer noch nicht verstanden.
Habe mir jetzt einige Videos zum Kräftedreieck angeschaut aber mir bleiben immer noch unklarheiten:
Wieso ist Fr=Fg + µ und nicht Fg*µ
Und wieso?
Auch ist mir nicht klar, welche Kräfte ich im Kräftedreieck verwenden kann?
Normalkraft, Gewichtskraft, Hangabtriebskraft, Reibungskraft?
Hoffe du verstehst was ich meine
Tut mir leid, ich habe mich vertippt. Muss natürlich MAL und nicht PLUS heißen, sorry.
Welche Kräfte du hernehmen musst, erkennst du, wenn du deine Skizze freimachst. Dann siehst du, dass eine Kraft F2 (m2*g) und dann auf der anderen Seite F1. Da hier aber eine Reibung ist, musst du davon die Reibkraft nehmen, welche parallel zur Fläche ist. Schlussendlich fehlt noch die Kraft, welche die Rolle aufnehmen muss, diese ist gewinkelt.
Wow danke vielmal AlexTbg! Du hast mir auch sehr weitergeholfen :) Mit Skizzen ist das ganze einfacher zum veraunschaulichen. Danke vielvielmal und einen schönen Sonntag!
Hallo DrNumerus,
vielen lieben Dank für diese ausführliche Antwort.
Sofern ich es nicht vergesse werde ich dir dann die "hilfreichste Antwort" zuweisen.
Danke viel vielmal, verdienter Community-Experte in Physik!
2 Fragen habe ich noch:
1. zu den Formeln von F1 und F2:
Wieso ein negativer Wert bei der Gewichtskraft in F2 und der Seilkraft in F1
Was ist mit der Normalkraft FN? Wieso wurde diese nicht miteinbezogen?