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Samstag, 19. April 2014, 01:57

Reibungsfreie schiefe Ebene

Betrachten Sie die Situation aus der nebenstehenden Skizze:



Nehmen Sie an, dass das System reibungsfrei ist. Die frei hängende Masse beträgt m1 = 1000 kg und die Federkonstante k = 300 N/m.

a) Zeichnen Sie alle relevanten Größen und Kräfte ein.

b) Berechnen Sie die Hangabtriebskraft, die das Gewicht m2=200 kg in Abhängigkeit des Winkels α ohne die Feder erfahren würde.

c) Wie schwer ist das Gewicht, wenn die schiefe Ebene eine Neigung von α = 45° aufweist und sich das System (ohne Feder) in Ruhe befindet?

d) Wie groß ist die Auslenkung der Feder für die skizzierte Situation, wenn m2 = 200 kg ist?

Hab für a) mal ein Kräftediagramm gezeichnet (das Kräftediagramm für m1 besteht aus zwei Kräften: Gravitationskraft und die Kraft die von m1 ausgeht):

Wobei Fn = Normalkraft, Fg = Gravitationskraft, Ff = Federkraft und Ft = Hangabtriebskraft ist. Letzteres lässt sich mittels Sinussatz berechnen durch

\[ F_t = \frac{mg}{\sin \alpha} \]

b) Die Formel für die Hangabtriebskraft habe ich zwar, aber der Winkel fehlt mir. Wie komme ich an den Winkel?!


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Montag, 21. April 2014, 15:11

Die Formel für die Hangabtriebskraft habe ich zwar, aber der Winkel fehlt mir. Wie komme ich an den Winkel?!
Für die Hangabtriebskraft gilt \[ F_h \ = \ F_g \ sin \ \alpha \ = \ m \ g \ sin \alpha\], was einleuchten sollte , alldieweil für \[ \alpha \ = \ 0 \ \ \ => \ \ \ F_h \ = \ 0 \] folgen sollte.

Die Kräfteskizze ist mMn auch nicht richtig : Hangabtriebskraft und Normalkraft stehen senkrecht aufeinander und ergeben als Resultierende bei Addition ihrer Kraftpfeile die Gewichtskraft als Resultierende .

Bei der Aufgabe b) ist kein konkreter Wert für die Hangabtriebskraft verlangt, sondern die Hangabtriebskraft " in Abhängigkeit vom Neigungswinkel alpha".

Gruß FKS

3

Montag, 21. April 2014, 15:21

Okay die Formeln sind einleuchtend, aber:

Zitat

Hangabtiebskraft und Normalkraft stehen senkrecht aufeinander und ergeben als Resultierende bei Addition ihrer Kraftpfeile die Gewichtskraft als Resultierende .


Die Gewichtskraft zeigt Richtung Erdmittelpunkt. Und die Normalkraft wirkt senkrecht zur Oberfläche auf der sich das Objekt befindet.. dann muss die Hangabtriebskraft doch nach "unten rechts" zeigen. Oder meinen Sie, dass Normalkraft und Hangabtriebskraft auf der x-Achse liegen müssen?

4

Montag, 21. April 2014, 23:48

Die Gewichtskraft zeigt Richtung Erdmittelpunkt. Und die Normalkraft wirkt senkrecht zur Oberfläche auf der sich das Objekt befindet.. dann muss die Hangabtriebskraft doch nach "unten rechts" zeigen. Oder meinen Sie, dass Normalkraft und Hangabtriebskraft auf der x-Achse liegen müssen?
Nein , ihre Beschreibung der Kraftrichtungen ist ok. aber in Ihrer Skizze ist die Richtung der Normalkraft zumindest ungenau. Jedenfalls steht sie nicht erkennbar senkrecht zum Pfeil für die Hangabtriebskraft. Noch weniger stimmen die Pfeillängen. Wenn Sie den Pfeil für die Normalkraft parallel verschieben, bis dessen Ende auf der Spitze des Pfeils für die Hangabtriebskraft "sitzt", dann müssen die Pfeilspitzen von Hangabtriebskraft und Gewichtskraft sich gerade berühren. So dass ein rechtwinkliges Dreieck entsteht mit der Gewichtskraft als Hypothenuse: Mit \[ F_h \ = \ F_g \ sin \alpha \]\[ F_n \ = \ F_g \ cos \alpha \] folgt \[ F_h^2 \ + \ F_n^2 \ = \ F_g^2 \ sin^2 \alpha \ + \ F_g^2 \ cos^2 \alpha \]\[ F_h^2 \ + \ F_n^2 \ = \ F_g^2 \ ( \ sin^2 \alpha \ + \ cos^2 \alpha \ ) \ = \ F_g^2\]

Gruß FKS

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