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.
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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.
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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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