[Physik] Gleitreibungskraft und Hangabtriebskraft?
Einen wunderschönen guten Abend,
und zwar bezieht sich meine Frage auf die Aufgabe b). Genauer gesagt auch gleichzeitig um die Zeichnung bei Aufgabe a).
- Wie weiß ich, an welcher Position bzw. an welcher Ecke ich den Winkel Alpha einzeichnen muss?
- Also den Punkt, von dem aus die Formeln aus der Formelsammlung funktionieren (siehe Bild 3).
- Oder kann ich Alpha in jede beliebige Ecke setzen (siehe Bild 1)? Also z.B. in die anderen Ecken, wo gerade der Winkel Alpha nicht eingezeichnet wurde?
Leider komme ich ab der Aufgabe d) derzeit nicht weiter.
- Wie kann ich untersuchen, ob die Beschleunigung des Fahrers in unserem erweiterten Modell mit Gleitreibung von der Masse abhängt?
- Im Unterricht hatten wir aufgeschrieben: „Berechnungen mit einer anderen Maße (z.B. m = 160kg) zeugen, dass die Beschleunigung nicht von der Masse abhängt!“ (Aber es hängt doch davon ab, oder? Habe ich hier das „nicht“ zu viel geschrieben?)
Bei e) habe ich stehen (keine Hilfe benötigt):
- Gutes Material (Ski) und gute Präparierung (Ski wachsen). Auf „guten Schnee“ achten.
Aufgabe f) fällt mir auch noch etwas schwer:
- wie man dort auf die richtige Formel kommt, welche man in dem Fall benutzen muss/kann?
Allgemeine Frage:
Vielleicht habt ihr ja allgemein einen kleinen Tipp, wie man darauf kommt, welche Formel man bei einer gegebenen Aufgabe benutzen kann (meine Formelsammlung welche ich auch in der KA nutzen kann, befindet sich bei Bild 7 und Bild 8).
[Bild 4]
[Bild 5]
[Bild 6]
[Bild 7]
[Bild 8]
1 Antwort
Wie weiß ich, an welcher Position bzw. an welcher Ecke ich den Winkel Alpha einzeichnen muss?
Das ist festgelegt und nicht beliebig. Der Steigungswinkel ist immer der Winkel zwischen der Ebene und der Horizontalen.
Also den Punkt, von dem aus die Formeln aus der Formelsammlung funktionieren
Die Frage erübrigt sich, wenn man eine Skizze mit dem Kräfteparallelogramm anfertigt (die ja nicht masßstabsgetreu sein muss, aber kann zur Überrpüfung):
Da findet man auch den Winkel α wieder, denn das Kräftedreieck ist ja nichts anderes als das um 90° gedrehte Steigungsdreieck.
Daraus kann man ohne Formelsammlung selber ablesen:
sin α = Fh / Fg
Fh = Fg * sin α = m * g * sin α = 80 kg * 9,81 m/s^2 * sin 48° = 583,22 N
cos α = Fn / Fg
Fn = Fg * cos α
Fgr = μgr * Fn = μgr * Fg * cos α = μgr * m * g * cos α
= 0,05 * 80 kg * 9,81 m/s^2 * cos 48° = 26,23 N
Ergänzung zur Ergänzung nach 18 h:
d)
Da gibt es zwei Methoden zum Nachweis:
1) Die "seriöse" und allgemeingültig bzw. der Nachweis nach der reinen Lehre.
Dazu geht man vom Ergebnis in c) aus:
a = Fres / m
und geht mit den bisher hergeleiteten Beziehungen rückwärts auf die Ursprünge zurück und hofft, dass sich irgendwann mal m rauskürzt. Das ist dann der alles entscheidende Moment.
Mit Fres = Fh - Fgr folgt:
a = (Fh - Fgr) / m
mit Fh = Fg * sin α = m * g * sin α
sowie Fgr = μ_gr * Fn = μ_gr * m * g * cos α folgt:
a = (m * g * sin α - μ_gr * m * g * cos α) / m
kürzen mit m:
a = (g * sin α - μ_gr * g * cos α) = g(sin α - μ_gr * cos α)
Ergebnis: die Beschleunigung hängt nur von α und μ_gr ab, nicht jedoch von m.
2) Man kann natürlich auch irgendeine andere Masse einsetzen und mit Zahlen durchrechnen und gucken, ob dasselbe a rauskommt. Das ist aber wenig elegant.
f)
v = a * t
Aus s= a/2 * t^2 folgt:
t = √2s /a
eingesetzt in v = a * t:
v = a * √2s /a = √a^2 * 2s/a = √(2s * a)
mit a = g(sin α - μ_gr * cos α) folgt: (siehste, jetzt profitiert man doppelt von der sauberen Lösung)
v = √(2s * g(sin α - μ_gr * cos α)) = √(2gs*(sin α - μ_gr * cos α))
q.e.d.
Werte eingesetzt:
v = √ 1200 m * 9,81 m/s^2 (sin 48° - 0,05*cos 48° =
√11772 m^2/s^2(0,743 - 0,033) = √8158 m^2/s^2 = 90,3 m/s
Den Wert aus Kapitel 2.9 kenne ich nicht, ebensowenig die Infos zum Luftwiderstand.
Vielleicht habt ihr ja allgemein einen kleinen Tipp, wie man darauf kommt, welche Formel man bei einer gegebenen Aufgabe benutzen kann
Tja, da ist guter Rat teuer, da gibts kein Universalrezept. Das Problem und die zielführende Formel zusammenzubringen ist der kreative Teil in der Physik. Einen Anhakltspunkt können immer die Werte geben, die gegeben und die gesucht sind. Ansonsten muss man verstehen, in welche Kategorie das Problem gehört und dort das richtige Werkzeug finden.
