Physik für Gymnasium - Arbeit, Energie, schiefe Ebene?

2 Antworten

siehe Physik-Formelbuch "geneigte Ebene"

Normalkraft Fn=Fg*a/s=Fg*cos(a)

Hangabtriebskraft Fh=Fg*h/s=Fg*sin(a)

sin(a)=h/s ergibt s=h/sin(a)=20 m/sin(30°)=40 m Bescheunigungsstrecke

a, Hubarbeit Wh=m*g*h

Reibarbeit Wr=u*Fn*s

Beschleunigungsarbeit Wb=Ekin=1/2*m*v^2

b. Hubarbeit Wh=5 kg*9,81 m/s^2*20 m=981 J (Joule)

Reibarbeit Wr=0,3*Fn*s=0,3*5 kg*9,81 m/s^2*cos(30°)*20 m/sin(30°)=509,74 J

gleichmäßig beschleunigte Bewegung

  1. 1.a=0,21 m/s^2=konstant nun 2 mal integrieren
  2. V(t)=a*t+Vo hier ist Vo=1 m/s die Anfangsgeschwindigkeit
  3. S(t)=1/2*a*t^2+Vo*t+So hier ist S0=0 zum Zeitpunkt t=0

mit 3. S(t)=40 m=1/2*0,21*t^2+1 m7s*t ergibt

0=0,105*t^2+t-40 ist eine Parabel Nullstellen bei t1=15,328 s t2=-15,328 s

oder in "Handarbeit" dividiert durch 0,105 ergibt

0=t^2+1/0,105*t-380,95 Nullstellen mit der p-q-Formel ermitteln siehe Mathe-Formelbuch "quadratische Gleichung" und die "Lösbarkeitsregeln"

Normalform der Parabel o=x^2+p*x+q

in 2. V(15,..)=a*t+Vo=0,21*15,328+1 m/s=4,219 m/s geschwindigkeit oben an der schiefen Ebene

Beschleunigungsarbeit Wb=Ekin=1/2*m*v^2 mit v=4,219-1=3,219 m/s

Wb=0,5*5 kg*3,219^2=25,90 J

b. Gesamtarbeit Wges=Wh+Wr+Wb=981J+509,74J+25,90J=1516,64 J

zu 3. V(t)=a*t+Vo=4,219 m/s Eintrittsgeschw. in die "Horizontale"

zu 5. Bewegung in x-Richtung Vx=4,219 m/s

nun der "freie Fall" Bewegung in y-Richtung

  1. a=-g=-9,81 m/s^2 nun 2 mal integrieren
  2. Vy(t)=-g*t+Vyo hier ist Vyo=0 zum Zeitpunkt t=0
  3. sy(t)=-1/2*g*t^2+So hier ist So=20 m die Fallhöhe zum Zeitpunkt t=0

mit 3. 0=1/2*g*^t^2+So

Fallzeit t=Wurzel(So*2/g) in 2.

Aufprallgeschwindigkeit in y-Richtung

Vy(t)=-g*Wurzel(So*2/g)=-9,81 m/s^2*Wurzel(20 m*2/9,81 m/s^2)=-19,809 m/s

Das Minuszeichen zeigt die Richtung an .Ist der Geschwindigkeitsvektor Vy der nach "unten" (negative Richtung im x-y-koordinatensystem) zeigt.

Resultierende Aufprallgeschwindigkeit

Vres=Wurzel(Vy^2+Vx^2) ist Satz des Pythagoras

Vres=Wurzel(19,81^2+4,219^2)=20,25 m/s

Die kugel geht mit v=20,25 m/s in den Looping

Energieerhaltungssatz Ekin=Epot mit Ekin=1/2*m*v^2 und Epot=m*g*h

mit h=2* r gleichgesetzt

1/2*m*v^2=m*g*2*r ergibt

r=V^2/(4*g)=20,25^2/(4*9,81)=10,45 m

ich bin davon aus gegangen,daß die kugel bei der 2.ten Ebene die Geschwindigkeit in y-Richtung Vy=0 hat und in x-Richtung Vx=4,219 m/s

Prüfe auf rechen-u Tippfehler.

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

    Vielen vielen Dank!

    Wenn möglich, kannst du mir einige Tips geben, damit ich auch andere Aufgaben richtig verstehen und dann die Formen benutzen kann?

    Danke im Voraus!

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    @huyennguyen2000

    Es geht immer um die "gleichmäßig beschleunigte Bewegung" und den "Energieerhaltungssatz" (von nix kommt nix!!)

    1. Bewegungen in x und y- Richtung können getrennt behandelt werden.Dies nennt man das "Überlagerungsprinzip",also Überlagerung von 2 unabhängigen Bewegungen.

    allgemeine Formel Beschleunigung a=konstant

    1. a(t)=konstant nun 2 mal integrieren ergibt
    2. V(t)=a*t+Vo
    3. s(t)=1/2*a*t^2+Vo*t+So

    a,V und s sind Vektoren und können je nach Aufgabe ein positives oder negatives Vorzeichen haben.,

    V0 ist die Anfangsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t=0 ist oft Vo=0

    S0 ist der schon zurückgelegte Weg zum Zeitpunkt t=0 auch ist oft S0=0

    Spezialfall freier Fall

    1. a=-g=-9,81 m/s^2 hier a=-g=-9,81 weil der vektor nach unten zeigt (negative y-Achse)
    2. v(t)=-g*t+Vo
    3. s(t)=-1/2*g*t^2+Vo*t+So

    hier ist So die Fallhöhe,aus der z.Bsp. ein Stein fällt

    Vo ist die Anfangsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt t=0

    wird der Stein senkrecht nach oben geworfen,so ist Vo=positiv (Bewegungsrichtung in positver y-Achse)

    wir der Stein senkrecht nach unten geworfen,so ist V0=negativ (Bewegungsrichtung in negativer y-Achse)

    aus 3. ergibt sich die "Fallzeit"

    S(t)=0=-1/2*g*t^2+Vo*t+So nun die Nullstellen ermitteln mit den Graphikrechner oder in "Handarbeit" mit der p-q-Formel

    dividiert durch -1/2*g ergibt

    0=t^2-v0*2/g*t-So*2/g ergibt 2 Nullstellen t1=... und t2=....

    positiven Wert benutzen ,weil negative Zeit gibt es nicht

    Hinweis: für g 9,81 m/s^2 einsetzen,weil das Vorzeichen hier schon bei der Herleitung berücksichtigt wurde.

    Aufschlaggeschwindigkeit mit 3. (t=...) in 2.

    V(t)=-g*t+Vo

    Hinweis: Die Aufschlaggeschwindigkeit hat ein "negatives" Vorzeichen.

    Das Minuszeichen gibt die Bewegungsrichtung an,nach "unten" ,also in negativer y-Achse.

    Alle Aufagbentypen kann ich dir hier nicht erklären,weil das viel zu umfangreich ist und ich kann nicht so viel Arbeit umsonst leisten.

    Man kommt da locker auf 10 DIN A4 Seiten mit Schreibmaschine beschrieben und mehr!!

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    Hallo und guten Tag,

    wobei genau liegt das Problem? Bei einigen von den Aufgaben musst du einfach nur Formeln einsetzen und zum Teil die Größen umstellen!

    Du musst mir schon deine Grundgedanken/Wissensstand zu den anderen Aufgaben aufschreiben, damit ich dir wertvolle Tipps geben kann!

    Mit freundlichen Grüßen

    Hallo und danke schön!

    Ich weiss ich kann nicht sagen, dass ich eine vollständige Lösung möchte.

    Mein Problem ist, ich weiß nicht wo und wie ich starten zu lösen kann.

    Für die 2 erste, kann ich mich nicht entscheiden, ob kinematische/ potenzielle Energie + Reibungsarbeit oder Beschleunigungsarbeit und Reibungsarbeit benutzt wird.

    Für die 3.Frage ist das gleiche Problem, wenn ich nicht sicher, der Energieerhaltungssatz wie zu benutzen.

    Die 4. glaube ich, kann einfach gelöst werden aber die letzte habe ich gar keine Ahnung.

    Wenn möglich bitte zeigst mir, womit ich anfangen soll oder einfach, wie ich nicht nur diese sondern auch andere Aufgabe richtig verstehen kann.

    Deins Tips wäre super!!!!

    Danke sehr!

    Mit freundlichen Grüßen

    0

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