Physikaufgabe_Schiefe Ebene

Versuchsaufbau - (Physik, Kraft, schiefe Ebene)

5 Antworten

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So, da meine erste Antwort mit den vielen Kommentaren etwas verwirrend war, jetzt noch mal zusammenfassend (dafür gibt es auch zwei äquivalente Lösungen)

1) Das, was eine Waage anzeigt, ist eine Druckspannung, sie kommt ausschließlich von der Normalkraft, die die Ebene auf die Waage bzw. diese auf den Menschen ausübt. Da die Waage waagerecht steht, interessiert hier nur die Vertikalkomponente Fy der Normalkraft, also Fy = Fn * cos(alpha), außerdem ist ja Fn = Fg * cos(alpha), zusammen also:

Fy = Fg * cos(alpha)^2, daher

cos(alpha)^2 = 200N/800N => alpha = 30 Grad

2) Die resultierende Kraft auf den Menschen ist die Hangabtriebskraft. Für die Waage ist die Vertikalkomponente der Hangabtriebskraft entscheidend, also

Fy = FH * sin(alpha) = Fg * sin(alpha)^2 (Vorsicht, anderes Fy als bei 1)

Nun ist Fy = 200N, denn 800N-200N = 600N zeigt die Waage ja noch an. Damit:

200N = 800N * sin(alpha)^2 => alpha = 30 Grad.

Zu deiner ersten Lösung. Genau so hab ich auch schon gerechnet. Damit kommt man aber auf alpha=60°. Das ist ja schon nach dran, aber irgendwo ist da wohl noch ein kleiner Fehler...

Wenn man 600/800 verwendet kommt man auf 30°. Aber wo ist denn da der Fehler?!

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@Comment0815

Sorry, bei meiner ersten Lösung muss es ja auch 600N/800N heißen, denn 600N ist ja schließlich das, was die Waage anzeigt, und dies ist die Vertikalkomponente von Fn.

So, jetzt stimmt aber alles :-)

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@lks72

Hast Recht. Das geht aus der Skizze auch ganz klar hervor; ich war mir aber nicht sicher, wo genau der Fehler liegt.

Vielen Dank für deine Hilfe; den Stern hast du dir verdient!

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aber ich komme einfach nicht drauf, welche Gleichungen ich aufstellen muss um alpha zu bestimmen.

Das ist ja auch der völlig falsche Ansatz!

Nicht Gleichungen sind Dein Problem, sondern das Verständnis des Sachverhalts. Warum ändert sich denn die Anzeige der Waage in dem Moment, in dem der Aufbau ins Rutschen kommt? Mit einem Kräfteparallelogramm zu Normal- und Hangabtriebskraft (das ist Physik Mittelstufe und kein Thema für eine Uni-Prüfung) kann das nur peripher zusammenhängen, denn die Kraftaufteilung ändert sich ja nicht.

Ein Hinweis steht schon in der Aufgabe: Die Waage zeigt "800 N" - hast Du schon mal eine Personenwaage mit der Beschriftung Newton gesehen?

Vielleicht hilft Dir folgende Überlegung weiter: Was passiert denn, wenn Du Dich mit einer Waage unter den Füssen im freien Fall befindest?

Im freien Fall zeigt die Waage 0 N an. Das ist mir klar.

Aber wie ist dann der Ansatz?

P.S.: Das ist keine richtige Physik-Prüfung. Das ist ein einstündiger Multiple-Choice-Test. Den brauchen wir als Zulassung zu einem Grundlagenpraktikum. Wir sind aber keine Physikstudenten sonder Studenten der Erneuerbare Energien. Die Ansprüche sind also nicht sehr hoch. Teilweise wird wirklich Schulwissen abgefragt.

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@Comment0815

Da sich die Masse m nicht ändert, und auch g konstant ist, gibt es nur eine Erklärung für die geringere Kraft: Der rutschende Aufbau erfährt eine Beschleunigung von 0,25 * g in vertikaler Richtung.

Die Beschleunigung in vertikaler Richtung ergibt sich durch Zerlegung der sichtbaren Beschleunigung längs des Hanges. Rechnerisch läuft das so (Beschleunigung hangabwärts zerlegen in eine Komponente vertikal und eine horizontal), wie es lks72 in seinem Punkt 2) mit Kräften gerechnet hat.

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also die waage ergibt eine kraft von 80kg * 10m/s^2 = 800N, richtig?

Und dann vermindert sich nach dem Kappen des Seils die Kraft um 200 Newton? Das ist doch iwie ein wenig merkwürdig, da g und m ja gleich bleiben. Und zusätzlich hast du ja keine angabe, bezüglich der fallbeschleunigung, wenn du auf waagerechtem boden stehst, weswegen du ja eigentlich nur einen Bekannten wert hast, nämlich die beschleunigung an der schrägen. Das ist das problem...

Man hat die Erdbeschleunigung gegeben. Und die Kraft reduziert sich dann, weil man den Hang runterrutscht (und dabei beschleunigt wird). Oder nicht?

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@Comment0815

Das ist richtig und diese Kraft, die den Hangabtrieb verursacht nennt man Fn. Natürlich beschleunigt eine Kraft den rutschenden Körper und sie liegt an bis der Körper das Ende der Schräge erreicht hat. Dann in der Ebene ist die Fn nicht mehr vorhanden und die Waage würde wieder die Gewichtskraft Fg anzeigen. Für die Fragestellung ist das alles nicht notwendig.

Der Keil in der Zeichnung ist völlig bedeutungslos und soll nur eine waagerechte Auflage für die Waage skizzieren. Für die Lösung des Problem nicht notwendig.

Die Lösung lautet Alpha = 14,478°

Ein genanntes Ergebnis von 30° ist falsch

Der Rechengang ist folgender: (600N - 800N/800N = 0,25 asin 0,25 = 14,4775°

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