Dynamik¶
Mechanische Kräfte¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Mechanische Kräfte.
(*) Wieso ist es gefährlich, beim Fahrradfahren mit höherer Geschwindigkeit die Hinter- mit der Vorderbremse zu verwechseln? Welche Rolle spielt dabei die Masse des Radfahrers beziehungsweise seine (Massen-)Trägheit?
(*) Wenn eine Straßenbahn vor dem Anhalten allmählich abbremst, erfahren die Fahrgäste beim Anhalten einen Ruck nach hinten. Wie ist das zu erklären?
(*) Um einen Körper in Bewegung zu versetzen, ist stets eine Kraft notwendig. Ist der Körper nicht verformbar („starr“), so haben gleich gerichtete Zug- und Druckkräfte eine gleiche Wirkung. Erkläre dies am Beispiel eines Einkaufswagens, der gezogen oder geschoben wird. Wo befindet sich jeweils der Angriffspunkt, wo die Wirkungslinie der Kraft?
(*) Zu jeder Kraft
gibt es stets eine gleich große, in die umgekehrte Richtung wirkende Gegenkraft
. Finde in der folgenden Abbildung zueinander gehörende Kraft-Gegenkraft-Paare und zeichne Kraftpfeile mit passenden Richtungen ein.
Zusammenwirken mehrerer Kräfte¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Zusammenwirken mehrerer Kräfte.
(*) Ein Kind mit einer Masse von
sitzt auf einer Schaukel. Welche Kraft wirkt auf die beiden Seile der Schaukel?
(**) Zwei Kinder ziehen einen Schlitten mit den beiden Kräften
. Die Kräfte wirken in unterschiedlicher Richtung, der Winkel gegenüber der zum Schlitten senkrecht verlaufenden Linie beträgt jeweils
. Welche resultierende Gesamtkraft ergibt sich?
Hinweis: Die Aufgabe lässt sich graphisch (mit Hilfe eines Kräfte-Parallelogramms) oder rechnerisch lösen.
(*) Ein Schlitten mit Kind (Gesamt-Gewichtskraft:
) wird von einem Erwachsenen gezogen. Das Zugseil schließt dabei mit der Horizontalen einen Winkel von
ein. Wie groß ist die nötige Zugkraft
, wenn die Reibungszahl zwischen Schlitten und Schnee
beträgt?
(**) Welche Winkel
,
und
müssen drei an einem gemeinsamen Punkt angreifende Kräfte
,
und
einschließen, damit zwischen ihnen ein Kräftegleichgewicht herrscht?
(*) Eine Straßenlaterne mit einer Gewichtskraft von
wird von zwei Stahlseilen in einem Winkel von
gehalten. Wie groß ist die Kraft im linken bzw. im rechten Seilstück?
(**) Eine Straßenlaterne mit einer Gewichtskraft von
wird asymmetrisch von zwei Stahlseilen. Der Aufhängepunkt der Lampe befindet sich jeweils
unterhalb der Befestigungsstellen der Seile an den tragenden Wänden; der Abstand der Lampe zur linken Wand beträgt
, der Abstand zur rechten Wand
. Welche Beträge haben die Kräfte
und
, die entlang der Seilstücke auf diese einwirken?
SVG: Asymmetrische Kraftzerlegung am Beispiel einer Straßenlaterne
Arten mechanischer Kräfte¶
Die folgenden Aufgaben beziehen sich auf den Abschnitt Arten mechanischer Kräfte.
(*) Welche Gewichtskraft entspricht einer Masse von
auf der Erde? Wie groß ist die Gewichtskraft der gleichen Masse auf dem Mond?
(*) Die Gewichtskraft eines Astronauten beträgt auf dem Mond
. Wie groß ist seine Gewichtskraft auf der Erde? Wie groß ist seine Masse?
(*) Könnte man sich ohne Vorhandensein einer Reibungskraft überhaupt zu Fuß fortbewegen?
(*) Eine
schwere Holzkiste aus Eichenholz soll auf einem Holzboden verschoben werden. Die Haftreibungszahl beträgt
, die Gleitreibungszahl
. Welche Kraft ist nötig, um die Kiste aus der Ruhelage in Bewegung zu versetzen, und welche Kraft ist nötig, um die Kiste weiter gleiten zu lassen?
(*) Eine zu untersuchende Schraubenfeder dehnt sich durch das Einwirken einer Zugkraft
um
. Wie groß ist die Federkonstante
der Schraubenfeder?
(*) Welche Kraft ist nötig, um eine Schraubenfeder mit einer Federkonstante von
um
auszudehnen?
(*) Wie weit dehnt sich eine Schraubenfeder mit einer Federkonstante von
, wenn man mit einer Kraft von
an ihr zieht?
(**) Welchen Radius
muss ein Kreisverkehr mindestens haben, wenn ein Fahrzeug der Masse
ihn mit einer Geschwindigkeit von
ohne Wegrutschen durchfahren können soll? Als Haftreibungszahl kann dabei
angenommen werden.