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Wie messen wir eine Kraft F x ? Verformende Kraft F x : z.B. Zugkraft, Schwerkraft Rückstellkraft F R : Innere Kraft in der Feder, die für die Wiederherstellung.

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Präsentation zum Thema: "Wie messen wir eine Kraft F x ? Verformende Kraft F x : z.B. Zugkraft, Schwerkraft Rückstellkraft F R : Innere Kraft in der Feder, die für die Wiederherstellung."—  Präsentation transkript:

1 Wie messen wir eine Kraft F x ? Verformende Kraft F x : z.B. Zugkraft, Schwerkraft Rückstellkraft F R : Innere Kraft in der Feder, die für die Wiederherstellung der ursprünglichen Form der Feder sorgt, wobei bekannt ist: F R = D · d, D: materialtypische Federkonstante 1 d Kraftwirkungen Antwort: Über ein Kräftegleichgewicht ! (Messen heißt Vergleichen!) Im Kräftegleichgewicht (also bei resultierender Kraft = 0) ist F x so groß wie die bekannte Kraft F R !

2 2 Elastische Kräfte Statischer Fall: Kräftegleichgewicht: Hookesches Gesetz Dynamischer Fall: Zusätzliche verformende Kraft fällt nach kurzer Zeit wieder weg, rücktreibende Kraft und Gewichtskraft überwiegen abwechselnd: Schwingung um die Gleichgewichtslage im elastischen Fall: harmonische Schwingung: harmonische Schwingung: mit, d Kraftwirkungen y

3 3 Reibungskräfte Ursache: Oberflächenrauhigkeit Kleine Unebenheiten der Oberflächen verhaken sich und hemmen so die Verschiebung. Die Schwerkraft/Gewichtskraft F G drückt den Gegenstand in die Unterlage. Genauer: Die Kraft, die senkrecht auf die Unterlage wirkt (Auflagekraft F N ) Die Reibung wird gekennzeichnet durch den Reibungskoeffizienten Starke Vergrößerung Verzahnung der Oberflächen bei der Reibung Kraftwirkungen FRFR

4 4 Reibungskräfte Wechselwirkung zwischen den Oberflächen eines (ruhenden oder bewegten) Gegenstandes und seines Untergrundes. Haftreibung: Bewegung wird verhindert Gleitreibung und Rollreibung : Bewegung wird durch eine konstante Kraft gebremst. Kraftwirkungen

5 Reibungskräfte Die Gleitreibungskraft ist kleiner als die Haftreibungskraft !

6 6 Kräfte bei der Rotation Kräftefreie Bewegung: geradlinig, gleichförmig Drehbewegung: Fortlaufende Richtungsänderung aufgrund einer wirkenden Kraft. Bei einer Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit wirkt eine konstante Zentralkraft. Richtungsänderung auf den Mittelpunkt der Kreisbahn hin: Zentripetalkraft Beispiel: Schleuderversuch Kraftwirkungen

7 7 Kräfte bei der Rotation Beschreibung der Drehbewegung über die Winkeländerung: Winkelgeschwindigkeit Geschwindigkeit einer Masse ist tangential zur Kreisbahn gerichtet: (Bahngeschwindigkeit) Wie bestimme ich ? Kraftwirkungen pro Zeit:

8 8 Kräfte bei der Rotation Die Beschleunigung (und damit die Kraft) der rotierenden Masse besitzt sowohl eine tangentiale als auch radiale Komponente. Wie bestimme ich ? Kraftwirkungen Die Bahngeschwindigkeiten in Abb. a) zu den jeweiligen Zeitpunkten 1, 2, 3 und 4 sind in Abb. b) von einem gemeinsamen Punkt M aus aufgetragen.

9 Für eine Beschleunigung gilt immer:, und wegen der Ähnlichkeit der Dreiecke (0,1,2) und (M,v 1,v 2 ) auch Die Zusatzgeschwin- digkeit in je einem Zeitintervall verbindet benachbarte Pfeilspitzen. 9 Kräfte bei der Rotation. Für Jetzt steht senkrecht auf ! (Zentripetalbeschleunigung) (Zentripetalkraft)

10 10 Planetenbahnen Zentripetalkraft: Gravitation Kepler´sche Gesetze: 1.Die Umlaufbahnen aller Planeten haben die Form von einer Ellipse, wobei die Sonne in einem ihrer Brennpunkte steht. 2.Die Verbindungslinie von der Sonne zu einem Planeten (Fahrstrahl) überstreicht in gleichen Zeitintervallen gleiche Flächen. (Δt 1 = Δt 2 ; A 1 = A 2 ) 3. Δt2Δt2 Δt1Δt1 A1A1 A2A2

11 11 Gezeiten SP Erde SP Erde-Mond Mond FGFG F ZF Kraftwirkungen Flut Ebbe Innerhalb von 24 h: 2 x Ebbe 2 x Flut

12 12 Gezeiten Für Punkte A, B, C, D auf Erdoberfläche gilt: F g nimmt mit der Entfernung vom Mond ab. F Z aber ist konstant, da jeder Punkt auf einer Kreisbahn mit gleichem Radius liegt (R = Erdmittel- zu Schwerpunkt). Erde Mond X Schwerpunkt R R

13 13 Scheinkräfte Betrachtet man die Bewegung eines Massenpunktes in einem rotierenden Bezugssystem, kann ein außenstehender Beobachter Scheinkräfte sofort aufklären. Ein Beteiligter (mitrotierender Beobachter) sucht vergebens nach dem Wechselwirkungspartner!!! Scheinkräfte: - Zentrifugalkraft - Corioliskraft Zentrifugalkraft : Die Zentrifugalkraft wirkt immer in rotierenden Bezugssystemen: Ein mitbewegter Beobachter fühlt sich aus der Kreisbewegung hinaus gedrückt (Trägheitseffekt) Kraftwirkungen

14 Scheinkräfte 14 Corioliskraft : Die Corioliskraft wirkt nur bei bestimmten Relativbewegungen in einem rotierenden Bezugssystem: Durch die Rotation der Erde entstehen aufgrund der Corioliskraft verschiedene Wetterphänomene: Durch die Drehbewegung in den Südwind bzw. Nordwind hinein, entsteht der Eindruck des Südost- bzw. Nordost-Passats Tiefdruckgebiete drehen sich auf der Nordhalb- kugel gegen den Uhrzeigersinn und auf der Südhalbkugel im Uhrzeigersinn. ( Hochdruckgebiete drehen sich genau anders herum.) 30° Nord 30° Süd Kraftwirkungen


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