Transcript Reibungsprobleme

Lösen physikalischer Probleme mit
Reibung und / oder mehr als drei Kräften
Die folgenden Seiten sind für das selbständige Erarbeiten eines physikalischen
Inhalts konzipiert. Nehmen Sie sich Zeit dazu, denn der Stoff wird an der Tafel
nicht mehr wiederholt werden.
Die Thematik wird schrittweise erörtert. Gehen Sie wirklich erst dann zur
nächsten Seite, wenn Sie den letzten Schritt begriffen haben.
Sollten beim Bearbeiten irgendwo unüberwindliche Fragen auftreten, so posten
Sie diese unter forum.physica.ch
Die Präsentation wurde mit Office 2003 erstellt und benutzt die darin
vorhandenen Animationsmöglichkeiten!
Kantonsschule Solothurn, Reto Basler Stotzer 2007
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Lösen physikalischer Probleme mit Reibung
Problem: Beim Curling werde ein polierter Stein mit einer Geschwindigkeit von 4
m/s fortgestossen. Wie weit gleitet der Stein, wenn der Reibungskoeffizient 0.02
beträgt?
Lösung:
Gegeben:
Erstellen
Erstellen Sie
eine Skizze der
FNormal
Situation, inklusive aller Kräfte und
klicken Sie dann zweimal!
zweimal!
Gesucht:
FR
FG
x
m ·a   m ·F N
oder in Beträgen:
Das Minuszeichen berücksichtigt die Tatsache, dass die
Reibungskraft entgegen der Bewegungsrichtung zeigt.
Nun wird ersetzt, aus
Fres  m ·a
und
FR  m ·FN
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folgt
v1  v 0
2
m·
Wie lautet die Kräftebilanz?
Fres
  FR
Aufschreiben
und 2x klicken...
Ds = ?
Fres   F R
Wichtig: die Reibungskraft muss entgegen der
Bewegungsrichtung zeigen - sie verzögert das Objekt!
F r es  FG  F N  F R  F R
Sie eine Liste mit den
v0 = 4 m/s
gegebenen
v1 = und
0 m/s gesuchten
= 0.02
Grössen mund
klicken Sie dann
2
2·D s
v1  v 0
2
m·
  m ·FG
2
2·D s
  m ·m ·g
Auflösen liefert dann
v1  v 0
2
Ds  
2·m ·g
 16
2

m
s
2
2
2
m
 40 m
2·
·10 2
100
s
2
Lösen physikalischer Probleme mit Reibung
Hinweise zur Lösung
v1  v 0
2
Ds 
v1  v 0
2
2
wurde nach a aufgelöst zu
2·a
a
2
2·D s
Die Skizze und die Kräftebilanz kann auf beliebig viele Situationen übertragen
werden, bei denen irgendein Objekt entlang einer Strecke aufgrund der Reibung
an Geschwindigkeit verliert.
Wichtig ist dabei zu erkennen, dass IN Bewegungsrichtung keine Kraft wirkt, da
in diesen Situationen das Objekt antriebsfrei ist.
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Lösen physikalischer Probleme mit Reibung
Wir kommen nun zu Fragestellungen, bei denen ein Objekt beschleunigt
werden soll und gleichzeitig eine Reibungskraft wirkt.
Auch diese Aufgaben sind nicht schwierig, wenn Sie die entsprechende
Skizze sauber machen und alle Kräfte berücksichtigen!
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Lösen physikalischer Probleme mit Reibung
Problem: Ein Holzklotz mit einer Masse von 200 g soll auf einer
horizontalen Holzunterlage mit 0.5 m/s2 beschleunigt werden. Wie gross
muss die erforderliche Zugkraft sein, wenn die Reibungszahl 0.4 beträgt?
Lösung:
FNormal
Erstellen Sie eine Skizze der
Situation, inklusive aller Kräfte undFZug
klicken Sie dann zweimal!
FR
FG
x
Wichtig: die Zugkraft ist grösser als die Gleitreibungskraft
- sonst würde der Holzklotz nicht beschleunigt werden!
Gegeben:
Erstellen
Sie eine Liste mit den
m = 0.200 kg
2
gegebenen
und
a = 0.5
m/sgesuchten
= 0.4klicken Sie dann
Grössen mund
zweimal!
Gesucht:
FZug = ?
FZ ug  F R  m a
FZ ug  m a  F R
Wie lautet die Kräftebilanz?
Fres  FG  FN  FR  FZug  FR  FZ u g
Aufschreiben und 2x klicken...
FZ ug  m a  m F N
oder in Beträgen:
FZ ug  m a  m m g
Fres  FZ ug  FR
FZ ug  m a  m FG
Einsetzen liefert dann
mit Fres  m ·a
folgt
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FZ ug  0.2 kg  0.5
m
s
2
 0.4  0.2 kg  9.81
m
s
2
 0.885 N
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Lösen physikalischer Probleme mit Reibung
Die Skizze und die Kräftebilanz kann wiederum auf beliebig viele Situationen
übertragen werden, bei denen irgendein Objekt beschleunigt wird und
gleichzeitig eine Reibungskraft wirkt - dabei ist es unerheblich, welche Ursache
die Reibungskraft hat (Oberflächenreibung, Luftwiderstand...)
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