Wieso ziehen steifere Bauteile Kräfte an?
Wieso spricht man davon dass Steifigkeit Kräfte anzieht ?
Wie ist das zu erklären ?
6 Antworten
Die Formulierung "zieht Kräfte an" hat mit Physik nicht viel zu tun:
Du kannst Dir das Ganze aber leicht selbst veranschaulichen:
Nimm ein Streifen Pappe und drücke ihn zu Boden. Er knickt natürlich ein, weil der Streifen flexibel und wenig belastbar ist.
Nimm ein Stück Eisenrohr und ein Streifen Pappe in der gleichen Länge und drücke auf beide gemeinsam: Die Pappe knickt diesmal nicht ein. Sie verformt sich nur so weit, bis das Eisenrohr fast die gesamte Last trägt. Steifere Strukturen können nicht ausweichen und müssen daher die Kraft aushalten.
P.S.: Natürlich kann man auch durch Herstellung von Profilen und räumlichen Strukturen mit Pappe eine steiferer Struktur erzeugen, aber das Eisenrohr verdeutlicht eher den Unterschied zwischen den Bauteilen.
Es geht auch um Tragwerke/Mechanik und nicht um Physik. Echte Physiker erleiden schon physische Schmerzen, wenn sie erfahren dass die Tragwerksplaner einfach mit g = 10 m/s² rechnen.
Ich befürchte, dass wir bei der Frage hier noch nicht ganz das Niveau echter Physiker erreichen.^^
Ich glaube jeder Phyisker würde bei diesem Satz durch die Decke gehen, aber du meinst wahrscheinlich, das die steifen Teile alles halten, weil die weichen entweder nachgeben bzw. gar nicht erst anfangen etwas zu tragen?
Welcher Physiker beschäftigt sich auch schon mit Festigkeitslehre? Falls nicht, geht er aufgrund mangelnder Ahnung durch die Decke.
Diesen Spruch gibt es tatsächlich sowohl im Maschinenbau als auch in der Architektur. Elastische Bauteile können Kräften nachgeben, wodurch ihre Haltbarkeit gesteigert werden kann, während sehr steife Bauteile bei auftretenden Kräften auch hohe Gegenkräfte entwickeln. Daher sagt man als leicht zu merkenden Merksatz, Steifigkeit zieht Kräfte an.
Beispiele:
Fernsehtürme oder Hochhäuser werden absichtlich so elastisch konstruiert, dass sie elastisch sind, was sich bei Wind in starken Schwankungen der Spitze bemerkbar macht. Dadurch weichen sie den auftretenden Kräften sozusagen aus. Würde man die ganze Konstruktion steifer machen, sodass sie nicht mehr so stark schwanken, würden die Bauteile, insbesondere am Fuß der Konstruktion vielfach höheren Kräften ausgesetzt, wodurch sie zerstört werden könnten. Auch Brücken werden absichtlich elastisch gebaut, damit sie Belsatungen ausweichen können. Würde man Brücken wesentlich steifer bauen, würden sie viel häufiger einstürzen.
Weiteres Beispiel aus dem Maschinenbau. Der Zylinderkopf eines Motors wird durch Bolzen auf dem Motorblock gehalten. Wird der Druck in den Verbrennungsräumen zu groß, können die Bolzen eventuell brechen. Dieser Druck ist aber stark schwankend. Die normale Reaktion darauf wäre, dickere Bolzen mit mehr Festigkeit zu nehmen, und das geschah anfangs, als Motoren gebaut wurden, auch häufig. Das erstaunlich war dann aber, dass diese Bolzen noch schneller brachen. Dickere Bolzen haben weniger Elastizität (sie sind steifer), um kurzzeitige Druckspitzen abfangen zu können, als diesen Kräften durch elastisches Nachgeben auszuweichen. Als man dann aber etwas dünnere Bolzen nahm, die elastischer waren, hielten sie plötzlich. Auch hier gilt dieser Merksatz.
Im Flugzeugbau werden z.B. Tragflächen absichtlich sehr elastisch gebaut, wodurch die Flügelspitzen oft rauf und runterwackeln. Würde man die Tragflächen steifer bauen, würden an der Befestigung zum Rumpf wesentlich höhere Kräfte auftreten und sie würden eventuell abbrechen.
Das zeigt lediglich, dass du wie üblich, einen sehr eingeengten Blick hast.
Das ist wie mit Menschen.
Stell dir vor 3 Männer tragen einen langen Balken auf ihren Schultern. Dieses System funktioniert aber auch schon mit 2 Männern.
Folglich kann einer der drei quasi so tun, als würde er mithelfen. Wenn dieser Dritte keine Stützkraft auf den Balken wirkt, dann müssen die anderen Beiden mehr tragen.
Im statischem System würde man diesen Dritten mit einem weichen Bauteil darstellen. Die steifen Bauteile (oder steifen Stützen) müssen also mehr tragen, weil sie weniger nachgeben.
Folglich sagt man aus praktischer Sicht: die steifen Bauteile ziehen Kräfte an. Auch wenn einige ahnunglose Physiker hier dies nicht für den physikalisch korrekten Terminus halten.
Das kann man so generell nicht sagen. Bei "statisch unbestimmten" (der Begriff wird dir hier nicht viel sagen) Tragwerken ist es oft so, daß Bauteile mit geringerer Verformung (bei gleicher Kraft !) einen größeren Anteil der Kräfte erhalten wenn diese in der gleichen Wirkrichtung mit den zu vergleichenden Bauteilen liegen. Aufnehmen muß man die anfallenden Kräfte auf jeden Fall. Man kann diese als solche mit elastischen Bauteilen nicht verringern wie ein Schlaumeier hier in seiner Antwort meint.
Wenn du vom Thema keine Ahnung hast, solltest du besser schweigen. Im Gegenteil zu dir, begründe ich das sogar. Es geht bei der Festigkeitslehre nicht nur um statische Kräfte sondern sehr häufig um dynamische Kräfte, bei denen insbesondere deren Kraftspitzen nicht die Festigkeit von Bauteilen überschreiten dürfen. Elastische Bauteile sind aber eher in der Lage, die Aufnahmen dieser auftretenden Kraftspitzen auf eine längere Zeit zu verteilen, sodass durch ihre elastische Verformung zwar das Integral der Kräfte über die Zeit (= Arbeit bzw. aufzunehmende Energie) gleich bleibt, aber dass dadurch die Kraftspitzen abgemildert werden.
sondern sehr häufig um dynamische Kräfte,
genau dies war nicht das Thema. Daß bei dynamischen "Belastungen" Kräfte durch "aktive" ( passive durch g) wechselnde Beschleunigungen entstehen und diese durch "längere Bremswege" (entspricht der größeren Elastizität !) geringer ausfallen ist bekannt, ohne Integral und ohne Schaumschlägerei. Im Bauwesen versucht man mögliche Schwingungen zu reduzieren durch starre Bauteile um genau solche dynamischen Kräfte erst gar nicht aufkommen zu lassen. So werden z.Bsp. bei Hängebrücken oft aufwändige Berechnungen durchgeführt um Eigenfrequenzen der Konstruktion so zu gestalten, daß sie keine Überlagerungen mit dynamischen äußeren Kräften (z.Bsp. Wind, Erdbeben) gestatten (aufschaukeln !) was partiell auch "nachgiebigere" Bauteile erfordern kann.
Im Gegenteil zu dir, begründe ich das sogar
Im Sinne der Fragestellung hast du garnichts begründet - ich schon soweit ich meine, daß der FS folgen könnte. Also halt dich einfach zurück, wenn du Fragen nicht zuordnen kannst. Es hilft dem FS nichts, wenn du eine "andere Baustellen" aufmachst.
das ist ziemlicher Quatsch, was du da raus läßt, du hast keine Ahnung und solltest bei solchen Themen besser schweigen.