Kräfteüberlagerung in einer gleichförmigen Kreisbewegung

[Rampage]

55) Ein kleiner Körper mit der Masse m = 0,5 kg wird an einem Faden auf einem Kreis herumgeschleudert.
Die Umlaufzeit wird beständig und langsam verringert. Der Kreis liegt in einer
vertikalen Ebene, er hat den Radius r = 2 m. Bei der Belastung F = 25 N reißt der Faden.
a) An welcher Stelle der Bahn befindet sich der Körper zu dem Zeitpunkt, in dem der Faden
reißt?
b) Welche Bahngeschwindigkeit v0 hat der Körper zu diesem Zeitpunkt?

Zu Aufgabe a): Ich weiß, dass der Körper (zur Veranschaulichung, ist die in der Aufgabe beschriebene Kreisbahn mit Ziffern einer Uhr beschriftet)
bei 6 bzw. 18 Uhr von dem Seil abreißen würde.
Dies liegt soweit ich weiß an der Überlagerung von der Gewichtskraft und der Zentrifugalkraft.
Müsste dieselbe Belastung durch die Überlagerung von den Kräften eigentlich nicht auch am höchsten Punkt der Kreisbahn vorkommen. (In diesem Fall dann mit Hilfe einer Überlagerung von Zentripetralkraft und Gewichtskraft)?
Deshalb bin ich mir jetzt nicht ganz sicher, ob es noch mehrere Gründe für eine größere Belastung des Seils an der 6 bzw. 18 Uhr-Stelle sorgen?
Oder bin ich ganz auf dem Holzweg?

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Welche Kräfte gibt es in solch einer Kreisbahn wirklich? D.h., gibt es die Haltekraft?, oder ist diese nur ein anderer Begriff für die Zentrifugalkraft?


Danke für eure Hilfe (Schreib übermorgen eine Physikarbeit) :S

[Colorado]

Hallo Rampage,

ein nettes Willkommen im Forum. Am oberen Punkt erfährt der Faden weniger Belastung, da die Gewichtskraft ja nach unten wirkt. Am unteren Punkt ist jetzt also nach der Geschwindigkeit gefragt. Da muss man erst wissen, welche Kräfte auf den Faden wirken. Einmal die Zentrifugalkraft, und einmal die Gewichtskraft:



Das nach v umstellen, und du hast es. Der Rest ist ja gegeben.

Freundliche Grüße

[Rampage]

Danke Colorado,

jedoch ist mir der Sachverhalt zu a) immer noch unklar ...

ICh dachte, dass die Kräfte in Fall 1 (siehe Bild) die Zentripetralkraft und die Gewichtskraft stärker sind als die Zentrifugalkraft (auf Grund der Überlagerung).

Das selbe hab ich auch in Fall 2 angenommen (siehe Bild), nur dass nun die Zentrifugalkraft und die Gewichtskraft (sie überlagern sich) gegen die zentripetralkraft wirken.

Somit müsste doch am obigen Punkt (1) die selbe Belastung wie an Punkt (2) herrschen, da in beiden Fällen die Gewichtskraft nach unten zeigt und sich beide Male mit entweder der Zentripetralkraft oder der Zentrifugalkraft (Welche die selben Werte annehmen) überlagert.

Somit müsste doch gelten:
FG 1 + Fzentripetralkraft 1 - Fzentrifugalkraft 1 =
FG 2 + Fzentrifugalkraft 2 - Fzentripetralkraft


...

Kann dies angehen?, oder ist hier mein Denkfehler?


....
  physik.JPG (Größe: 50,12 KB / Downloads: 19)

[chris]

Du musst dir das so vorstellen, dass die Zentripedalkraft, die Kraft ist, die denn Ball am Mittelpunkt fixiert und somit die Kraft ist, die auch auf den Faden wirkt. Du hast recht, dass die Kräfte, die nach innen gehen, gleich groß sein müssen, wie Kräft die nach außen gehen!
Wenn du dir deine Zeichnung jetzt nochmals genauer anschaust merkst du, dass die Zentripedalkraft bei Ball 2 genau um 2 F_g(= hier: 9,81N!) größer sein muss, als bei Ball 1 und somit erfährt der Faden auch eine größere Kraft und kann schneller reisen!

[Rampage]

Vielen DANK ,

Das ist echt super! Jetzt hab ich es verstanden !!!

Danke

[chris]

Bitte
kein Ding

[Rampage]

Jetzt hab ich mich für die Arbeit weiter schlau gemacht und dann bin ich auf folgendes gestoßen:

Die Zentripetalkraft ist keine eigenständige Kraft, die auf einen Körper im Kreissystem einwirkt, sondern eine aus der Normalkraft und der Gewichtskraft zusammengesetzte Kraft.

Jetzt ist bei mir alles über den Haufen geworfen worden ... :S

Welche Kräfte gibt es im KReissystem jetzt wirklich und was bewirken sie?

PS: Darf man mit der Zentrifugalkraft rechnen? Und was ist die Normalkraft genau, Wie kommt sie zustande ... Und mir fehlt die Übersicht aller im Kreissystem wirkender Kräfte ... (was gibts nun und was nicht?)

Das Internet konnte mir bis jetzt immerr nur in Ansätzen helfen ...

[chris]

Also:
Damit ein Kreissystem existiert, d.h. dass sich ein Körper um einen Mittelpunkt mit der Geschwindigkeit v bewegt, muss die Kraft, die nach innen wirkt(=Zentripetalkraft) gleich der Kraft sein, die nach außen wirkt(Zentrifugalkraft). Diese beiden Kräfte sind immer auf der gedachten Gerade zwischen Mittelpunkt und Körper anzutragen!
Was Normalkraft hier jetzt heißt, weiß ich nicht.
Ich kenne sie eigentlich nur von der schiefen Ebene und nicht bei Kreisbewegungen!
Ich vermute dass eine Normalkraft in einer Kreisbewegung, die Kraft ist, die senkrecht zur Bewegungrichtung des Körpers gerichtet ist.
Somit wären Zentrifugalkraft, Zentripetalkraft Normalkräfte!

Normal zu etwas bedeutet eig immer so viel wie senktrecht dazu!
Die Zentripetalkraft kann aus vielen Kräften bestehen(z.B. aus der Gewichtskraft, Kraft von einem Faden, im Atom: elektrische Kraft zwischen dem positiven Kern und den darum kreisenden negativen Elektronen!). Was welche Kraft im Kreissystem bewirkt, ist bei jedem Kreissystem und bei jeder Phasenlage im Kreissystem anders; das kann man nicht pauschalisieren.
Natürlich darf man mit der Zentrifugalkraft rechnen!

P.S. In welcher Klasse biste denn?
Und hier sind noch Aufgaben und auch noch einige Erklärungen!

[Rampage]

Danke, :=D

hier ist ein LInk, bei dem ich das mit der Normalkraft gefunden habe: http://schulen.eduhi.at/riedgym/physik/9...ooping.htm

PS:
"Für die Kräfte gilt:
Oben muss man die Kraft F = Fz - Fg halten. Da die beiden Kräft oben gleich groß sind, ist F=0.
Unten muss man F = Fz + Fg halten (Fz wirkt nach oben, Fg nach unten), mit u²=5gr "

Das versteh ich nicht, da es doch so war, dass Fz (Zentripetalkraft) auch nach unten geht( In Fall "Oben"), somit darf man hier doch eigentlich nicht Fz - Fg rechnen...

Und im unteren Fall versteh ich es auch nicht, warum man Kräfte, die in die entgegengesetzte Richtung wirken, zusammenrechnen muss ....

chris95 schrieb:P.S. In welcher Klasse biste denn?
Und hier sind noch Aufgaben und auch noch einige Erklärungen!

Das hab ich mir alles schon durchgelesen ... Es geht ja nicht darum, dass ich es nicht rechnen kann, das ist ja einfach ...
Das Problem ist, dass mein Lehrer mir etwas ganz anderes über die Kreisbewegung erzählt hat (wir haben das Thema erst 1 h behandelt und schreiben jetzt darüber eine Arbeit), als das, was ich im Internet gelesen habe ...

PS: Ich bin in der 10 Klasse

Ich glaub ich bin einfach ein bisschen zu doof ...

[chris]

Das ist meiner Meinung nach nicht gut erklärt!
Bedenke einfach immer, dass ein Kräftegleichgewicht herscht, was bedeutet, dass die Kräfte die nach außen wirken gleich den Kräften sind, die nach innen wirken!
Bei der Achterbahn bedeutet das auf dem ersten Hügel:
nach außen wirkt:
- Zentrifugalkraft
- Gegenkraft:
Diese Gegenkraft entspricht der Normalkraft!
nach innen wirkt:
- Gewichtskraft
Wenn du dir immer diese Überlegungen machst, kann eigentlich nichts schief gehen!