B02 Kräfte

PHYSIK IN FRAGE UND ANTWORT
H.Dirks
Kräfte
Wie ist die Kraft F definiert?
Kraft ist über die Beschleunigung definiert: man
braucht umso mehr Kraft, je stärker man
beschleunigt und je schwerer der zu
beschleunigende Körper ist:
r
r
F = m ⋅ a ; Einheit der Kraft: 1 N = 1 kg·m/s2
Aufgabe 1 Der Tesla Roadster beschleunigt in 3,9
Sekunden von 0 auf 100 km/h. Mit welcher Kraft
wird ein 75 kg schwerer Passagier in den Sitz
gedrückt?
{534,2 N}
Mit welcher Kraft zieht die Erde an einem Körper
der Masse m?
Die Gewichtskraft beträgt m · g.
In welche Komponenten kann man die Gewichtskraft bei der schiefen Ebene aufteilen?
Die Komponente Fa („Hangabtriebskraft“) beschleunigt die Masse hangabwärts, die Komponente FN
(„Normalkraft“) drückt sie auf die Unterlage.
Es gilt:
r
Fa
Fa = m·g·sin α ,
FN = m·g·cos α
α
r
FN
r
mg
Aufgabe 2 Eine Rodelbahn hat eine Neigung von
20° gegen die Waagerechte. Mit welcher Beschleunigung gleiten die Schlitten herunter? {3,35 m/s2}
Wie hängen Kraft F und Auslenkung s bei einer
Schraubenfeder zusammen?
Um die Feder eine Strecke s aus der Ruhelage
auszulenken, braucht man die Kraft F = D ·s , für
eine zusätzliche Auslenkung ∆s die zusätzliche Kraft
∆F :
∆F = D · ∆s
Aufgabe 3 Eine Masse von 100 g hängt an einer
Schraubenfeder (D = 10 N/m). Zieht man die Masse
aus ihrer Ruhelage noch 10 cm weiter nach unten
und läßt sie dann los, mit welcher Beschleunigung
zieht die Feder die Masse nach oben? {10 m/s2}
08.10.2014
Wovon hängen Gleit - und Haftreibungskraft ab?
Beide hängen von der Normalkraft ab, mit der der
reibende Körper auf seine Unterlage drückt, sowie
von der Gleitreibungszahl µ (Haftreibungszahl µ’):
FR= µ·FN (Gleitreibung) FR’ = µ’·FN
(Haftreibung).
Aufgabe 4 Zehn Ägypter ziehen einen 800 kg
schweren Steinquader mit der Gesamtkraft
F = 3000 N auf einem waagerechten Schlitten.
µ = 0,3 . Mit welcher Beschleunigung setzt sich der
Stein in Bewegung?
{0,81 m/s2}
Aufgabe 5 Ein Holzklotz kommt bei einem Steigungswinkel der schiefen Ebene von 25° ins
Rutschen. µ’ = ?
{0,47}
b) wenn die Gleitreibungszahl 0,2 beträgt, mit
welcher Beschleunigung rutscht dann der Klotz los?
{2,37 m/s2}
Aufgabe 6 Wenn man bei den Schlitten aus Aufgabe
2 zusätzlich eine Gleitreibungskraft mit µ = 0,03
berücksichtigt, wie schnell sind sie dann nach einer
Rennstrecke von 50 m?
{17,5 m/s}
Aufgabe 7 Ein Holzklotz (m = 2 kg) liegt auf einer
Tischplatte (µ’ = 0,25). Man zieht vorsichtig mit
einer Feder (D = 100 N/m) an dem Klotz.
a) Bei welcher Federdehnung rutscht er plötzlich
los?
{4,9 cm}
b) Mit welcher Beschleunigung tut er das, wenn
µ = 0,2 ist?
{0,49 m/s2}
Aufgabe 8 Welche Gleitreibungszahl brauchen
Reifen, damit der Bremsweg bei 100 km/h
100m lang ist?
{0,39}
Aufgabe 9 Ein Klotz rutscht eine 20° steile schiefe
Ebene hinab (µ = 0,3). Wird er langsamer oder
schneller?
{0,5897 m/s2}
Aufgabe 10 Auf einer Ladefläche steht eine Kiste
(µ’ = 0,4). Bei welcher Bremsverzögerung fängt sie
an zu rutschen?
{3,92 m/s2}
Aufgabe 11 Ein Wagen fährt ohne Antrieb mit 3 m/s
Anfangsgeschwindigkeit eine 10° steile Ebene
hinauf (µ = 0,03). Nach welcher Zeit ist er wieder
unten?
{3,29 s}
PHYSIK IN FRAGE UND ANTWORT
Aufgabe 12 Ein Bayer in Lederhose sitzt auf den
Holzplanken eines sinkenden Schiffes. Bei einer
Deckneigung von 30° beginnt er zu rutschen und
nach 1,5m Rutschweg ist er 2m/s schnell. Wie groß
sind Haft - und Gleitreibungszahl zwischen Leder
und Holz?
{µ’ = 0,577 ; µ = 0,42}
Aufgabe 13 Ein LKW kippt Bauschutt ab. Dieser
beginnt bei einer Neigung der Ladefläche von 25° zu
rutschen und hat nach 0,7 Sekunden bereits 0,5 m
zurückgelegt. Berechnen Sie µ und µ’!{0,237 ; 0,47}
H.Dirks
08.10.2014