Physik: Kraft berechnen (bergauf)
Hi, ich poste einfach mal die Aufgabenstellung und wie ich sie gelößt habe. Wäre super wenn das einer überprüfen könnte :D
Aufg.: Ein Auto der Masse m = 100kg fährt bergan auf einer Straße mit dem Steigungswinkel 20.0°. Berechne die Kraft, die der Motor erzeugt, wenn das Auto bergan fährt
a) mit einer konstanten Geschwindigkeit.
b) mit einer konstanten Beschleunigung von 0,200m/s²
c) Welche Kraft übt das Auto jeweils auf die Straße aus?
d) Wie lauten die Antworten, wenn das Auto unter den Bedingungen aus a) und b) bergab fährt.
Meine Lsg. zu a):
Hier dachte ich mir, dass die Kraft einfach höher als die Hangabtriebskraft sein muss.
Also: F(Hangabtriebskraft) = Fh
Fh = sin(20) * m * g = 0,3420 * 1000kg * 9,81N/kg = 0,3420 * 9810N = 3355,02N
Also muss F>3355,02N sein.
meine Lsg. zu b):
Für eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung gilt ja:
F = m * a bzw F = m * g
1000kg * 0,200 m/s² = 200N
Also wäre die vom Motor erzeugte Kraft F = 200N (bei dieser Aufgabe bin ich mir seeeehr unsicher)
meine Lsg. zu c)
Die Kraft die gesucht ist, ist glaube ich die Normalkraft.
F(Normalkraft) = Fn
Fn = cos(20) * m * g = 0,9397 * 1000kg * 9,81 N/kg = 0,9397 * 9810N = 9218,457 N
Also drückt das Auto mit 9218,457N auf die Straße.
Mein Lsg. zu d):
Naja, hier hab ich keine Ahnung...
Ich bedanke mich jetzt schon für jede hilfreiche Antwort. Brauche dies zur Übung für ne´ Klausur.
5 Antworten
(a) ist richtig, allerdings vermute ich, dass du hier Reibung etc. vernachlässigen sollst und "0" statt ">" schreiben solltest.
(b) gilt so, wie du berechnet hast, für die beschleunigte Fahrt auf der Ebene ... und hier hast du inkonsequenterweise "=" geschrieben und nicht ">" wie in (a).
(c) Die "Normalkraft" ist richtig berechnet, nur war die gemeint? Es gibt auch noch das Prinzip "Kraft=Gegenkraft", wenn ihr das schon hattet, musst du das auch berücksichtigen.
(d) wenn du verstanden hast, was in (b) noch fehlt, findest du auch die Lösung für (d)
Ich hoffe, die Tipps reichen, mit etwas Nachdenken bessere Lösungen zu finden.
Ja, exakt.
PS: sehe gerade, dass ich mich vertippt hatte, bei (a) meinte ich, dass du "=" schreiben solltest.
Tut mir leid, aber die Aufgabe a) ist schon in der Aufgabenstellung totaler Unfug. Die Kraft des Motors auf (ja, auf was eigentlich?) treibt das Auto nicht nach vorne, die Energie des Motors bringt das Auto nach vorne. Die Kraft, welche das Auto nach vorne bringt, ist die Kraft der Ebene auf die REifen. Dieser Vektor ist aber keinesfalls parallel zur Ebene, sondern enthält noch minus die Gewichtskraft (vektoriell), geht bei a) also sernkcht nach oben und bei b) schräg nach oben rechts. Man kann höchstens nach der PArallelkomponente dieser Kraft parallel zur Ebene fragen, und diese folgt dann aus den Berechnungen oben.
Mir drängt sich der Verdacht auf, dass der Lehrer entweder die Newtonsche Mechanik selbst nicht richtig durchblickt oder aber eine didaktische Reduktion durchdrückt, die höchstens zum Auswendiglernen von Formeln führt, mit Sicherheit aber zu keiner physiklischen Einsicht. Beides wäre schlimm.
Oder er versucht 15-Jährige Schüler, die unter G8 leiden, alles Schritt für Schritt beizubringen, da wir mit dem Thema relativ neu dran sind. Da sind die Aufgaben einfacher formuliert, damit auch wir was kapieren.
Hatte ich mir schon gedacht, da es ja auf der selben Taste liegt^^ Bei der d) müsste ich dann doch (angenommen das Auto beschleunigt immernoch beim Herabfahren) die Antriebskraft mit der Hangabtriebskraft addieren, oder?
Ob G8 oder G9 spielt keine Rolle, die Aufgabenstellung ist schon physikalische falsch. man kann es richtig machen und trotzdem anschaulich
Bei der d) müsste ich dann doch (angenommen das Auto beschleunigt immernoch beim Herabfahren) die Antriebskraft mit der Hangabtriebskraft addieren, oder?
Addiert hast du in (b) ...
Ich meinte eigentlich:
Bei der a) hab ich ja 3355,02N rausbekommen. Jetzt muss ich diese Antriebskraft bei bergab anwenden. Also die Antriebskraft 3355,02N + die Hangabtriebskraft 3355,02N
Bei der b) hab ich 3555,02N. Also wieder Antriebskraft 3555,02N + die Hangabtriebskraft 3355,02N.
Ich dachte, dass das Auto jetzt den Berg hinunter fährt und zwar mit der Kraft, das es in a) und b) benutzt hat.
Bei a) muss F = Fh sein und nicht F > Fh, sonst würde es ja aufwärts beschleunigen.
b) F = Fh + 200N
c) Die Kraft senkrecht zur Straße ist Fn, die Kraft in Richtung der Straße (abwärts) ist Fh bzw. Fh + 200N
d)a) Der Motor bremst mit Fh
d)b) Der Motor bremst mit Fh – 200N
Also soll ich bei der c) jetzt Fn oder Fh berechnen? :O
bei d findet eine Beschleunigung statt, also muss das Auto bremsen und daher, weiter weiß ich nicht tschuldigung
Ok, laut dieser Seite hab ich die c) richtig und die a) hat mir der werte / die werte 4ssec67 bestätigt. irgendwelche Ideen zu b)? :)
die Höhe bzw den Winkel solltest du auf jeden Fall mit einberechnen
c) ist falsch.
Bei konstanter Geschwindigkeit ist die resultierende Kraft auf das Auto 0. Es ist also
FG + F(Ebene) = 0, also F(Ebene) = - FG.
Die Kraft der Ebene auf das Auto ist also entgegengesetzt gleich der Gewichtskraft.
Die Kraft des Autos auf die Ebene ist Reactio zu F(Ebene), also
F(Auto auf Ebene) = - F(Ebene) = FG, also einfach der Gewichtskraft
Du hast die Reibung vergessen, stattdessen nur die Normalkomponente genommen. Dies kann aber nicht sein, denn ohne Reibung würde das Auto beschleunigt den Berg hinunterasen.
Beim zweiten Teil von c), der Beschleunigung, führt die resultierende Kraft zur Beschleunigung von 0,2 m/s^2 die Ebene hinauf, also
F(res) = m * a = 100kg * 0,2 m/s^2 = 20N.
Die resultierende Kraft ist als Vektor geschrieben F(res) = 0,2 * (cos(20) , sin(20))
Es ist also F(Ebene auf Auto) + FG = F(res), also
- F(Auto auf Ebene) + FG = F(res)
=> F(auto auf Ebene) = FG - F(res)
= (0, 100 kg * g) - 0,2 * (cos(20) , sin(20))
Mit Pythagoras kannst du von diesem Vektor den Betrag ausrechnen.
DIe anderen Aufgaben habe ich mir nicht angeschaut .
Öhm, ich glaube du bist mir da in unserem Lehrplan vorraus. Reibung, F(Ebene), Vektor etc. Damit kann ich nix anfangen und das liegt 100% nicht daran, dass ich nicht im Unterricht aufgepasst habe^^ Wir haben erst dieses jahr mit Kinematik angefangen und ich hab alles mitgeschrieben und von solchen Sachen ist in meinen Aufzeichnungen nicht die Rede^^
Ok, dann lass den zweiten Teil mal weg und konzentriere dich auf den ersten Teil.
Hier lernst du in der ganzen Aufgabe am meisten über Physik.
Du rechnest mit einer Normalkomponente der Gewichtskraft (habt ihr wahrscheinlich im Unterricht so gelernt), aber man muss zunächst einmal Physik machen, dann erst Mathematik.
Erster Schritt: Es geht um das Auto, das heißt, es werden die Kräfte am Auto angezeichnet, und hier gibt es nur zwei
1) Die Gewichtskraft FG
2) Die Kraft der Ebene auf die Reifen F(Ebene)
Wenn das Auto gleichförmig fährt, dann MUSS die Summe dieser Kräfte 0 sein,also
FG + F(Ebene) = 0, also FG = - F(ebene)
Deine Normalkomponente gibt hier überhaupt keinen Sinn. Machst du das nämlich, dann hast du als resultierende eine Kraft parallal zum Hang nach unten (ihr nennt das Hangabtriebskraft, der Begriff ist überflüssiger UNsinn). Dann würde das Auto aber nach unten beschleunigt werden.
Noch etwas: Die Kraft der Ebene auf das Auto treibt das Auto nach oben, nicht die Kraft des Motors. Was der Motor liefert, ist die Energie, dies ist aber was anderes. Man muss diese Sachen sauber abarbeiten, sonst ist es im Dickicht der Newtonschen Mechanik schwer sich zurechtzufinden.
Und noch etwas: Dass die Aufgabe c) so nebenbei bei der Aufgabe dabeisteht, erweckt in mir den Verdacht, dass ihr das Prinzip von Actio und Reactio auch noch nicht richtig behandelt habt (es ist auch einfach nur die IMpulserhaltung). Na ja ...
Kommt zwar etwas verspätet aber hier mein Lösungsvorschlag für die b)
Zu der Antriebskraft aus a) (also 3355,02N) kommt die beschleunigende Kraft drauf.
Also: 3355,02N + 1000kg * 0,200 m/s² (bzw 3355,02N + 1000kg * 0,200 N/kg)
Wäre das so richtig?