Wie kann man physikalisch erklären, dass ein Faden reißt, wenn ich ihn an einen Stein anknote und ruckartig ziehe, aber nicht reißt, wenn ich langsam zieht?

... komplette Frage anzeigen

4 Antworten

Bei einem Ruck ist die Kraft viel größer. "Ruckartig" bedeutet "große Beschleunigung". Es gilt

F=m*a

Da die Masse m konstant ist steigt die Kraft F proportional zur Beschleunigung a. Das kommt durch die Trägheit der Masse zustande.


Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung
Kommentar von lateinchiller
10.10.2016, 10:04

Vielen Dank. Würde meine Erklärung aber auch durchgehen ? Muss man nicht in die Erklärung noch das Wort "Trägheit" reinbringen ?

1
Kommentar von lateinchiller
10.10.2016, 10:38

Vielen Dank nochmal, kannst Du bitte mal gucken, ob die Erklärung zu einem Versuch, wo ein Blatt Papier unter einem Becherglas weggezogen wird, so gut ist ? Dann lass ich Dich auch in Ruhe :). Erklärung: Die resultierende Kraft, die auf das mit Wasser gefüllte Becherglas wirkt, ist gleich null (Reibung durch Wegziehen des Papiers wird vernachlässigt, das sehr gering). Nach dem Trägheitsgesetz verharrt das Becherglas deshalb in seinem Bewegungszustand, der Ruhe, und bewegt sich nicht mit dem Papier weg. -- Reicht das so oder muss da noch was von ruckartig, schnelle Beschleunigung, etc rein ? Beobachtung ist: "Beim ruckartigen Wegziehen des Papiers wird das Becherglas nicht mitgezogen, das Bechergkas bleibt auf dem Tisch stehen."

0
Kommentar von lateinchiller
10.10.2016, 19:15

Ist die Erklärung also so zu 100% vollständig, oder muss von "ruckartig" noch was rein, oder reicht das, wenn es in der Beobachtung so steht.

0

Das ist fast korrekt und brauchbar.

Hier spielen 2 Kräfte eine Rolle: die Trägheitskraft und die Reibungskraft, die zwisschen Stein und Erde aufgrund des Gewichts des Steines wirkt. Es wirkt also nicht "die Masse" sondern die Reibungskraft beim langsamen ziehen.

Fges = Fr + Ft
Fr = μ * m * g (Reibungskraft)
Ft = m * a (Trägheitskraft)

mit Fges = μ * m * g + m * a

sieht man die beiden Stellen, an denen man Fges beeinflussen kann:
μ = Reibungskoeffizient: man kann den Stein auf Rollen legen oder die Auflage kräftig schmieren.
a = Beschleunigung. Hängt davon ab, wie schnell man zieht.

an m und g kann man nichts ändern, außer man zerschlägt den Stein oder macht den Versuch auf dem Mond.

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung

Um die Antwort ganz wissenschaftlich raus zu finden müsstest du folgendes tun: 

An den Faden hängst du unterschiedliche Gewichte dran. Du erhöhst das Gewicht so lange bis es von alleine reist und schreibst natürlich alles sauber auf. Jetzt weißt du ungefähr wie viel Kraft nötig ist um den Faden zu zerreißen. Das gleiche machst du indem du an dem Faden ziehst. Da man schwer errechnen kann wie viel Beschleunigung der Faden aushalten muss, wäre es am besten wenn du statt ruckartig zu ziehen den Faden samt Gewicht schleuderst. Mit einer Kamera kannst du zB. festhalten bei wie viel Umdrehungen pro Sekunde das Seil jeweils reist. Mit Umdrehungen, Seillänge und Gewicht kannst du berechnen wie hoch die Beschleunigung war!  

Deine wissenschaftliche Arbeit hat nun den Zweck vorauszusagen wie viel Kraft so ein Seil aushält. Dazu kannst du beide Ergebnisreihen nehmen und eine Formel aufstellen mit der man vom ersten Versuch, auf den zweiten Versuch schließen kann. Also mit dem Gewicht alleine könntest du ausrechnen wie viel Beschleunigung nötig wäre um das Seil zu zerreißen. Der zweite Versuch wäre quasi nur zur Bestätigung gedacht. 

Versuch deine Formel übrigens so umzustellen dass höchstens eine Kommazahl enthalten ist. Der Rest sollte idealerweise aus Variablen wie zB. die Masse m oder die Gravitationsbeschleunigung g bestehen. Diese eine Kommazahl die die Formel besonders macht, wäre dann die Seil-Konstante. Jedes Seil hätte eine andere so dass du deine Formel für alle möglichen Seile wiederverwenden könntest.

Deine wissenschaftliche Arbeit hätte gezeigt, dass Faden ab einer bestimmten wirkenden Kraft reißen und du könntest daraus schließen, dass die Kraft die auf einen Faden wirkt beim ruckartigen Ziehen größer sein muss als beim langsamen Ziehen. 

Anwendungsmöglichkeiten für deine Formel gäbe es auch viele! Überall wo es wichtig ist zu wissen ob ein Seil reißt oder nicht könnte man sie benutzen um das herauszufinden. zB. bei Hängebrücken, Fahrstühlen, Abschleppseilen, Fahrradketten usw. 

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung

An sich ist Kraft ja Masse*Beschleunigung.
Ziehst Du langsam, hast Du anfangs keine und, jenachdem wie stark Du ziehst, nur eine relativ langsame Beschleunigung. Entsprechend ist die Kraft nur gering.

Ziehst Du ruckartig, hast Du eine hohe Beschleunigung, viel höher, als wenn Du ziehen würdest. Entsprechend wird auch mehr Kraft angewendet.

Die Masse des Steines und deren Trägheit bilden dabei eine Gegenkraft.
Ist Deine aufgebrachte Kraft, also das Ziehen, nicht stark genug, bewegt sich der Stein nicht. Ist sie es doch, bewegt er sich.
Ist der Faden nicht stabil genug, reisst er. Egal ob ziehen oder ruckartig, sofern die Kraft groß genug ist.

Antwort bewerten Vielen Dank für Deine Bewertung

Was möchtest Du wissen?