Physik Problem: Warum reißt das Seil?
Zwei Studierende versuchen ein Seil zu zerreißen. Sie ziehen an den beiden Enden, aber es gelingt nicht das Seil zur zerreißen. Sie binden das Seil an einen Pfosten und ziehen nun an einem gemeinsamen Ende. Das Seil reißt. Warum? Kann mir das echt nicht erklären
LG
6 Antworten
keine Kraft ohne Gegenkraft (Actio = Reactio!) Wenn beide Leute gegeneinanderziehen wirkt auf das Seil nur die Zugkraft einer Person, weil die 2. Person als gegenhalter dient, sie muss ja die gleich große Gegenkraft aufbringen. Das wäre die gleiche Situation als wäre das Seil am Pfosten angebunden une ein Student zieht. Wenn aber beide Studenten an einem Ende ziehen wirkt die doppelte Zugkraft, der Prosten muss die entsprechende Gegenkraft (2* Zugkraft einer Person) aufbringen. Mit der doppelten Zugbelastung kriegen sie das Seil kaputt ;-) Ich nehm halt jetzt mal an beide sind gleich stark.
Randbemerkung: Die Zugkraft einer Person ist hierbei gegeben durch die maximale Haftreibungskraft der Schuhe auf dem Erdboden. (Siehe: https://de.wikipedia.org/wiki/Haftgrenze)
Mit Actio und Reactio hat dies überhaupt nichts zu tun, denn diese beiden Kräfte greifen an derselben Stelle, aber an unterschiedlichen Körpern an (an der Schnittfläche zwischen beiden). Hier geht es um zwei Gleichgewichtskräfte, die beide an unterschiedlichen Stellen, in unterschiedliche Richtungen, aber am selben Körper angreifen.
Mal so formuliert:
Im ersten Fall zieht einer und der andere hält nur fest, damit der ziehende nicht auf den Rücken fällt. Beim zweiten Fall übernimmt der Baum das halten und beide können ziehen. Daher entsteht so die doppelte Zugkraft.
Veranschaulichung:
Die beiden Leute ziehen jeweils auf einer Seite. In der Mitte wird nun das Seil fixiert, das ändert am Aufbau eigentlich nichts, aber es wird klar, dass auf das Seil (in den beiden Hälften) nur die Kraft einer Person wirkt.
Wenn einer rechts zieht, ist die Kraft auf das Seil F. Links zieht der andere, dessen Kraft ist nun -F. Die Summe der beiden Kräfte ist F + (-F) = 0, das Seil ist in Ruhe (Achtung: Dies hat NICHTS mit Actio und Reactio zu tun).
Die mechanische Spannung im Seil ist F/A , wobei A die Querschnittsfläche ist.
Nun beide am selben Ende. Die Kraft beider Personen zusammen ist + 2F an der rechten Seite, an der linken Seite ist die Kraft des Pfostens entsprechend - 2F, die Summe ist auch hier 2F + (-2F) = 0, das Seil ist auch hier in Ruhe.
Die mechanische Spannung ist aber größer, nämlich 2F/A.
Male Dir ein Kräftediagramm.
Wenn beide gegeneinander mit gleicher Kraft F ziehen, heben sich die beiden Kräfte gerade auf und auf das Seil wirkt die Kraft 2*F.
Wenn beide in eine Richtung ziehen, wirkt in eine Richtung die Kraft 2*F. Da das Seil an der einen Seite fixiert ist, wird dort eine Gegenkraft erzeugt, die ebenfalls 2*F ist. So wirken in diesem Fall insgesamt 4*F auf das Seil, also die doppelte Kraft wie im ersten Fall.
Ob ein Mensch das Seil festhält oder eine Wand spielt für die Kraft keine Rolle. Die Kräfte wirken natürlich immer noch auf das Seil, mit "aufheben" ist das Kräftegleichgewicht gemeint. Dieses erkennt man daran, dass das Seil nicht beschleunigt. Die Kräfte haben den gleichen Betrag, zeigen aber in entgegengesetzte Richtungen.
Schematisch korrekt, die Zahlen sind aber Unfug.
Im Seil beträgt die Kraft lediglich 1 x F im ersten Fall und ensprechend 2 x F im zweiten Fall, wenn F die Kraft ist die eine Person aufbringt.
Inwiefern heben sich im ersten Fall Kräfte auf? Das mit der Gegenkraft im zweiten Fall klingt logisch.