Aufgaben zu Kraftansätzen

Die drei Grundformen von Problemstellungen bei Aufgaben mit Kräften.

Aufgabe 1) Die folgenden einfachen Situationen lassen sich eindeutig den drei verschiedenen Kraftansätzen zuordnen. Fertigen Sie eine Skizze mit Kraftpfeilen an.
a) Eine Lampe hängt von der Decke herab.
b) Eine Frau trägt eine Getränkekiste.
c) Ein Stein fält ungebremst abwärts.
d) Ein Fallschirmspringen gleitet langsan zu Boden.
e) Eine Tasse steht auf einem Tisch.
f) Ein Schiff schwimmt im Wasser.
g) Ein Auto beschleunigt auf der Straße. Es wirkt die Luftreibungskraft.
h) Mit aller Kraft hält Fräulein Meier ihre zwei Schäferhunde davon ab, davonzulaufen.

Aufgabe 2) Komplexere Fälle

a) Lampe an 2 Seilen - symmetrisch Eine 2kg schwere Lampe hängt an zwei Seilen über einer Straße. Die Aufhängepunkte des Seiles liegen auf gleicher Höhe und sind 6m voneinander entfernt. Die Lampe hängt in der Mitte der Straße 1,5 m herab. - Erstellen Sie eine maßstabsgerechte Zeichnung und tragen Sie die Gewichtskraft der Lampe und die benötigte Haltekraft als Kraftpfeil ein. - Konstruieren Sie die Haltekräfte der Seile, indem Sie ein Parallelogramm zeichnen, von dem 2 Seiten entlang der Seile verlaufen und dessen Diagonale die benötigte Haltekraft ist. - Konstruieren Sie die Kräfte, die die Aufhängepunkte der Seile in horizontaler und vertikaler Richtung aushalten müssen. * Prüfen Sie ihre Ergebnisse rechnerisch nach.

b) * Lampe an 2 Seilen - asymmetrisch
Verwenden Sie die Angaben aus a) mit folgenden Änderungen:
- Die Lampe hängt 2m vom rechten Straßenrand entfernt
- Der linke Aufhängepunkt ist 1m höher als der andere.
Die Lampe hängt vom rechten Aufhängepunkt aus gesehen 1m herab.

Wiederholen Sie die Arbeitsschritte aus a)

c) Rollwagerexpereiment Ein Rollwagen steht auf einer Schiene. Er ist über ein Seil und eine Rolle mit einer hängenden Masse verbunden. - Zeichnen Sie einen Kraftpfeil für alle wirkenden Gewichtskräfte ein. - Überlegen Sie, wie der Kraftpfeil für die Belastung der Rolle gerichtet sein muss und begründen Sie dies. - tragen Sie sämtliche (!) noch fehlenden Kraftpfeile in die Zeichnung ein. Der rechnerische Ansatz für die Beschleunigung des Wagens ist: Fg=m*a. - Welche Masse muss zur Bestimmung der wirkenden Gewichtskraft herangezogen werden? - Welche Masse wird tatsächlich beschleunigt? - Bestimmen Sie die Beschleunigung des Wagens, wenn seine Masse gleich / doppelt so groß ist wie die hängende Masse.

d) Uhrmacherschild Ein Uhrmacher hängt vor seinem Laden eine große Uhr als Werbeträger auf. Sie ist mit Hilfe von 2 Schrauben über ein Gestell an der Wand befestigt. Ergänzen Sie die folgende Skizze um sämtliche (!) an dem Gestell und an den Schrauben auftretenden Kraftpfeile.

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