Kraftaufwand Physik

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11 Antworten

Temperatur ist eine intensive (mengenunabhängige) Größe, Kraft eine extensive (mengenproportionale) Größe.

Wenn da etwas schief ist an der Geschichte, dann dies, dass die beiden Hubschrauber eine gewisse Ellenbogen- ich meine Rotorfreiheit brauchen. Und wenn die Seile/Ketten dann in einem Winkel von 60° gegen die Senkrechte hängen, ist der effektive Schub/Zug nach oben exakt der gleiche, als wenn ein einzelner Hubschrauber senkrecht nach oben zieht.

Und auch wenn man da eine Querstange anbringt - du hast nichts davon geschrieben, ob der Container mehr oder weniger als doppelt so schwer ist wie die Maximallast eines einzelnen Hubschraubers.

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Lassen wir mal die spaßigen Antworten gut sein und schauen, was man aus dieser Frage physikalisch rausholen kann.

Hintergrund der ganzen Geschichte ist, auf welche geometrischen Objekte sich physikalische Größen beziehen. Es gibt mengenartige oder extensive Größen, welche sich auf ein Raumgebiet beziehen, so etwa die Masse, elektrische Ladung, Entropie, Energie, Impuls etc. Das bedeutet anschaulich, dass zwei identische Klötze die doppelte Masse des einen Klotzes haben. Zwei Bechergläser voll Wasser haben (wenn das eine eine exakte Kopie des anderen ist) doppelt soviel Entropie wie das eine, sie haben doppelt so viel Energie etc.

Daneben gibt es Größen, welche sich nur auf einen Punkt beziehen, dass wären zum Beispiel die Temperatur, Dichte, Feldstärken etc. Hier ist klar, dass die Größe des Systems keine Rolle spielt. Selbst die Aussage "Das Wasser im Glas hat eine Temperatur von 20 Grad" ist strenggenommen unsinnig, man kann höchstens sagen, das Wasser hat an dieser Stelle eine Temperatur von 20 Grad. Weil die Temperatur aber oft homogen verteilt ist, sieht man in der Umgangssprache gerne darüber hinweg (und versteht trotzdem, was der andere sagt :-))

Was ist nun mit der Kraft? Die Kraft ist , wie man spätestens seit Max Planck 1908 weiß, einfach die Stärke eines Impulsstroms, F = dp/dt. Da der Impuls aber eine mengenartige Größe ist, addieren sich Werte des Impulses, und damit addieren sich auch die Stromstärken (wie bei der elektrischen Ladung, wenn doppelt soviel Ladung pro Zeit strömt, ist die elektrische Stromstärke auch doppelt so groß).

Wie kann man das nun auf den Hubschrauber übertragen?

Aus dem Gravitationsfeld der Erde strömt ein bestimmter Impulsstrom in den Container, sagen wir einmal 1000Newton (dies nennt man dann die Gewichtskraft). Wenn der Container sich nicht bewegt, muss dieser Impulsstrom sofort wieder abfließen, in der Regel in die Erde. Wenn nun ein Hubschrauber nun den Container hebt, dann fließt dieser Impulsstrom nicht mehr unten in die Erde ab, sondern nach oben durch das Seil und dann über den Hubschrauber über die Rotoren in die Luft. Nun sei ein Hubschrauber nur in der Lage, einen Impulsstrom von 500N an die Luft abzugeben. Das heißt, noch 500N fließen in den Boden ab, der Container bleibt am Boden. Ist nun ein zweiter Hubschrauber im Spiel, dann kann dieser ebenfalls 500N an die Luft abgeben, macht also zusammen 1000N.

Wenn man mit Impulsströmen operiert (was hier ohne Zeichnung nicht ganz vorteilhaft erscheint, hab aber keinen Bock zu zeichnen :-)), ist die Addition der Kräfte einfach eine Folge der Mengenartigkeit des Impulses.

p.s. Nur der Vollständigkeit halber. Da der Impuls ein Vektor ist, hat er 3 Richtungen. Diese einfachen Aussagen gelten also nur für vertikalen Impuls, die Helis müssen also beide genau nach oben ziehen.

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Kommentar von MechaTronLegacy
31.08.2014, 16:52

Ich würde die Summierbarkeit aber mehr auf die Topologie beziehen, als auf rein extensive oder intensive Größen. Wenn man die Topologie vertauscht, wird auch die Summierbarkeit geändert. In einer Reihenschaltung addieren sich ja die Ströme nicht, also auch hier die Kräfte nicht wenn die Kraft des einen Hubschraubers z.B. von der anderen abhängen würde, wie bei Federn in Reihenschaltung. In der Thermodynamik sind halt die Temperaturen immer absolut, sowie eben auch Drücke. Dort gelten dann die Begriffe "extensiv und intensiv" natürlich immer.

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Wenn beide Helikopter mit jeweils gleicher Kraft angreifen, kommt selbstverständlich die doppelte Kraft zur Wirkung. Bist Du noch nie auf die Idee gekommen, ein Möbelstück "mit vereinten Kräften" zu verschieben?

Wenn Du dagegen mit einer Körpertemperatur von 37°C Deine Freundin mit ebenfalls 37°C Körpertemperatur kräftig umarmst, kommt keiner von Euch deshalb auf die doppelte Körpertemperatur. Die wäre augenblicklich tödlich. Das darfst Du risikolos ausprobieren!

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Hi, dein Beispiel hinkt ein wenig. Du vergleichst eine Leistung (Helikopter) mit einer Temperatur. Watt ist nicht gleich Grad Celsius :-)

Nehmen wir an du hast einen Eiswürfel. Du möchtest diesen Eiswürfel in einem Glas schmelzen weshalb du einen Tropfen warmes Wasser reinkippst. Der Tropfen alleine reicht leider nicht aus weil er nicht genug "Wärmeleistung" zur Verfügung stellt. Glaubst du dass du den Eiswürfel mit mehreren Tropfen schmelzen kannst? Mit Sicherheit und genauso ist das mit den Helikoptern. Aus dem selben Grund können viele Ameisen zusammen übrigens auch einen großen Wurm tragen.

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Kommentar von Bujin
01.09.2014, 11:09

Hier eine Skizze dazu!

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Warum schleppt man beim Umzug die schweren Möbelstücke zu zweit die Treppe hoch? Am Ende ist das Gefühl, daß so leichter ginge, bloß Aberglaube...?

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Da steht ein schwerbeladener Wagen im Weg herum, du möchtest ihn wegziehen aber schaffst es nicht. Du rufst einen Freund, der gleich stark ist zur Hilfe und oh Wunder, zu zweit schafft ihr es.

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Du kannst nicht einfach Schubkraft mit Temperatur-Physik vergleichen, das sind zwei völlig unterschiedliche Bereiche, wenn der eine Heli 2 Tonnen heben kann , dann heben beide zusammen 4 Tonnen. Wenn man aber 20C° Wasser(200ml) mit eben falls 20C°(200ml) vermischt, ist das Resultat 20C° warmen Wasser(400ml), eben doppelt so viel Wasser

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Dein Beispiel war schlecht. Es kommt darauf an wie viel der Container wiegt und wie viel die Hubschrauber heben können? Container 20 kg = 2*10kg ( Pro Hubschrauber Kraftaufwand Newton) = ergibt dass zusammen 20 kg was die Hubschrauber zusammen heben können.

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Beispiel: Helikopter Y kann 500 Kilogramm anheben Container wiegt 1000 Kilogramm Mit dem zweiten gleichen Helikopter wid somit 1000 Kilogramm angehoben.

Ausser es handelt sich um eine dumme sinnlose Physikaufgabe ohne logischen Real-Life- Wert.

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2 Hubschrauber bedeuten 2 mal die Zugkraft eines Hubschraubers.

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was hat denn die zugkraft mit wassertemperatur zu tun ? wenn du mit 2 leuten an nem seil ziehst, und jeder zieht 30 kilo dann zieht ihr zusammen 60 kilo, klar.

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Kommentar von MechaTronLegacy
31.08.2014, 15:30

Das kann in Analogien durchaus was miteinander zutun haben. Der Vergleich ist garnicht so dumm! Spannungen sind nämlich Potentialdifferenzen und somit addierbar, Temperaturen jedoch nicht. So klar ist das garnicht mal, da es auf die Topologie ankommt. In Reihe geschaltete Kräfte addieren sich nämlich nicht.

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