Anwendungsaufgaben - Kraftwandler

Anwendungsaufgaben - Kraftwandler - Lösungen
1
a) FZ = 1,5 N b) FZ = 2,5 N
2
FZ =
3
a) FZ =
4
a) FZ : FL = 1 : 3
b) FZ : FL = 1 : 5
c) FZ = 1,0 N
d) FZ = 2,0 N
e) FZ = 0,5 N
1
1
FG = ·124 N = 31 N
4
4
1
⋅ FB
2
b) FZ =
1
⋅ FB
4
c) FZ =
1
⋅ FB
3
a)
b)
FZ
FZ
FZ FZ
FZ FZ FZ
2 FZ
2 FZ
FL
5
FL
Hebel im Gleichgewicht:
F1 in N
a1 in cm
F2 in N
a2 in cm
0,50
40
2,0
10
10
5,0
2,0
25
20
30
60
10
1,0
50
10
5
6.1 a) Schere
b) Aktenlocher
c) Rollkoffer
F1
a1
a2
F1
F2
D
a1
F1
F2
D
a2
D
a2
F2
a1
zweiseitiger Hebel
einseitiger Hebel
einseitiger Hebel
6.2 a) Je weiter man die Schere öffnet, umso kleiner ist der entsprechende Hebelarm und umso
größer ist die wirkende Kraft.
b) Man muss möglichst weit außen (in der Skizze rechts) auf den Hebel drücken.
Je länger der Hebelarm, umso größer ist die wirkende Kraft.
c) Je länger der ausziehbare Haltegriff, umso größer ist die Haltekraft. Der ausziehbare
Haltegriff ist im physikalischen Sinne ein Hebelarm. Je größer dessen Länge ist, umso
größer ist die wirkende Kraft.
© S. Ungelenk; www.phyum.de
1
7
F1 · a1 = F2 · a2 | : a2
F ⋅a
50 N ⋅17 cm
F2 = 1 1 =
=1,9 · 102 N
a2
4,5 cm
8
F1 · a1 = F2 · a2 | : a1
F ⋅a
75 N ⋅ 36 cm
F1 = 2 2 =
= 6,0 · 102 N
a1
4,5 cm
9
F1 · a1 + F2 · a2 = F3 · a3 + F4 · a4
F ⋅a + F ⋅a − F ⋅a
F2 = 3 3 4 4 1 1
a2
2,0 N ⋅10 cm + 4,0 N ⋅ 25 cm − 2,5 N ⋅ 30 cm
=
15 cm
= 3,0 N
10.1 F in cm
2
6
5
4
3
2
1
O
2
4
6
8
10
12 a2 in N
10.2 F2 ist proportional zu a2.
11
a2 in cm
2,0
4,0
6,0
8,0
10
12
F2 in N
6,0
3,0
2,0
1,5
1,2
1,0
F2 · a2 in Ncm
12
12
12
12
12
12
F1 ⋅ a 1
80 cm
= F1 ·
= F1 · 32
a2
2,5 cm
Am Türrahmen wirkt das 32-fache der an der Türklinke angreifenden Kraft.
F1 · a1 = F2 · a2  F2 =
12.1 Geg.: F2 = 150 N
r1 = 5,0 cm; r2 = 30 cm
Ges.: F1
F1 · a1 = F2 · a2 | : a1
F ⋅r
150 N ⋅ 30 cm
= 9,0 · 102 N
F1 = 2 2 =
r1
5,0 cm
12.2 Kurbel beim Fahrrad; Seilwinde; Wasserrad
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2
13
F1 ⋅ r1 350 N ⋅17,5 cm
= 72 · 10 N = F3
=
r2
8,5 cm
F ⋅ r 720 N ⋅ 2,0 cm
F4 = 3 3 =
= 44 N
r4
33 cm
F ⋅ r 350 N ⋅17,5 cm
= 14 ·102 N = F3
b) F2 = 1 1 =
r2
4,5 cm
F ⋅ r 1400 N ⋅ 5,5 cm
= 23 ·10 N
F4 = 3 3 =
r4
33 cm
a) F2 =
14.1 Bremshebel: Er vergrößert den Betrag der Kraft, die auf den Bremszug wirkt.
Bremszug: Er überträgt die Kraft (verlagert den Angriffspunkt) auf den Bremsarm.
Bremsarme: Sie vergrößern den Betrag der Kraft, die auf die Bremsklötze wirkt.
F ⋅a
100 N ⋅ 9,0 N
14.2 FZ · aZ = FH · aH  FZ = H H =
= 3,0 · 102 N
aZ
3,0 N
2
14.3 FZq = 0,65 · FZ = 0,65 · 3,0 · 10 N = 2,0 · 102 N
FZq ⋅ a Zq
2,0 ⋅10 2 N ⋅ 7,0 cm
= 5,0 · 102 N
aB
2,8 cm
2
2
14.5 FR = µ · FB = 0,75 · 5,0 · 10 N = 3,8 · 10 N
14.6 Bei Nässe nimmt die Reibungszahl ab. Dadurch wird weniger Kraft auf die Felge übertragen.
14.4 FB · aB = FZq · aZq  FB =
=
15.1 Geg.: M = 50 Nm
a = 75 cm
Ges.: m
M=F· a |:a
M 50 Nm
F=
= 67 N
=
a 0,75 m
F=m· g
|:g
kg ⋅ m
67 2
F
s
m= =
= 6,8 kg
m
g
9,8 2
s
15.2 Geg.: M = 50 Nm
m = 5,0 kg
Ges.: a
F = m · g = 5,0 kg · 9,8
m
kg ⋅ m
= 49
2
s
s2
M=F· a |:F
M 50 Nm
= 1,0 m
a=
=
F
49 N
16.1
s in m
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
FZ in N
3,9
2,8
2,4
1,9
1,8
Fz · s in Nm
1,2
1,1
1,2
1,1
1,3
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3
16.2 Das Produkt aus Zugkraft und Länge der schiefen Ebene ist stets gleich groß.
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FH
Maßstab: 1 cm  100 N
FN
FH = 185 N
FG
18
Durch „Schlangenlinienfahren“ wird der Steigungswinkel geringer. Dadurch verringert sich
die aufzuwendende Kraft und der zurückgelegte Weg wird größer (Goldene Regel der Mechanik).
19
Der Karton befindet sich in Ruhe, also wirken keine Kräfte auf ihn.
x Die Reibungskraft und die Hangabtriebskraft befinden sich im Gleichgewicht.
Die Reibungskraft ist größer als die Hangabtriebskraft.
Es wirken keine Reibungskräfte, da sich der Körper nicht bewegt.
x Je geringer die Neigung der Ebene ist, umso größer wird die maximale Haftreibungskraft.
20.1 FZ · s = FG · h
F ⋅ h 800 N ⋅ 2,0 m
FZ = G =
= 4,0 · 102 N
s
4,0 m
20.2 FZ · s = FG · h
F ⋅ h 800 N ⋅ 2,0 m
s= G =
= 3,2 m
FZ
500 N
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