Grundlagen der Kräftebetrachtung in Physik

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Joel Stepan

30.3.2021

Physik

Kräftebetrachtung

Fächer

Physik

Energie

Energieumwandlung in natur und technik

Wirkungsgrad und energieflussschemen bei energieumwandlungen

Grundlagen der Kräftebetrachtung in Physik

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

Die Physik der Bewegung auf schiefen Ebenen und in Kurven ist ein faszinierendes Thema, das uns hilft, Alltagsphänomene zu verstehen. Ob ein Auto durch eine Kurve fährt oder ein Objekt einen Hang hinunterrollt - hinter diesen Bewegungen stecken grundlegende physikalische Gesetze. In dieser Zusammenfassung werden wir die wichtigsten Konzepte der Schiefen Ebene, der Kurvenfahrt und der Gleichgewichtsbedingungen in der Statik untersuchen. Wir werden lernen, wie Kräfte wirken, welche Formeln anzuwenden sind und wie man Geschwindigkeiten, Winkel und andere Parameter berechnen kann.

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30.3.2021

184

Wenn sich ein Hörper aut
einer Schiefen Ebene nach
unten Bewegt, dann ist die
Gewichtshruft FG die resultierende
Mruft aus der Normalkraft F

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Schiefe Ebene und Kräfte

Bei der Schiefen Ebene Aufwärtsbewegung oder Abwärtsbewegung eines Körpers wirken verschiedene Kräfte. Die Gewichtskraft FG ist die resultierende Kraft aus der Normalkraft FN und der Hangabtriebskraft FH.

Wichtige Schiefe Ebene Formeln:

FG² = FN² + FH² $Satz des Pythagoras$
FH = FG · sin $α$ $Trigonometrie$
FN = FG · cos $α$ $Trigonometrie$
a = g · sin $α$ $Beschleunigung auf der schiefen Ebene$
F = m · a $Kraft hängt von Masse und Beschleunigung ab$

Die Normalkraft schiefe Ebene wirkt immer senkrecht zur Oberfläche und ist kleiner als die Gewichtskraft. Die Hangabtriebskraft bestimmt, wie stark der Körper den Hang hinunter beschleunigt wird.

Wichtige Erkenntnis: Die Beschleunigung auf einer reibungsfreien schiefen Ebene hängt nur vom Schiefe Ebene Winkel ab und nicht von der Masse des Körpers! Bei gleichem Winkel beschleunigen alle Objekte gleich schnell den Hang hinunter.

Die Geschwindigkeit schiefe Ebene kann durch die Beschleunigung a = g · sin $α$ berechnet werden. Bei realen Problemen muss zusätzlich die Reibung schiefe Ebene berücksichtigt werden.

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Physik der Kurvenfahrt

Bei einer reibungsfreien, überhöhten Kurve wirken verschiedene Kräfte. Die Zentripetalkraft FZ ist die resultierende Kraft aus der Zentripetalkraft FK und der Gewichtskraft FG.

Berechnung des Neigungswinkels:

tan $α$ = FK/FG
FZ = FG · tan $α$
FZ = m·v²/r $Zentripetalkraft$

Durch Gleichsetzen der Formeln erhalten wir:

FG · tan $α$ = m·v²/r
m·g · tan $α$ = m·v²/r

Dies vereinfacht sich zu:

v² = r · g · tan $α$

Wichtiger Hinweis: Diese Geschwindigkeit ist unabhängig von der Masse! Die berechnete Geschwindigkeit ist exakt die Geschwindigkeit, die das Auto haben darf, ohne nach oben oder unten aus der Kurve zu fallen.

Bei der Kurvenfahrt Auto oder Kurvenfahrt Motorrad Physik ist die Zentripetalkraft Auto Kurve entscheidend für die Stabilität. Der Kurvenradius berechnen Straße und der Neigungswinkel Kurve berechnen sind wichtige Parameter für den Straßenbau.

Wenn ein Objekt sich nicht bewegt, gibt es immer eine Gegenkraft. Bei einem aufgehängten Gewicht kann man mit Hilfe eines Kraftparallelogramms und einem festgelegten Maßstab $z.B. 1cm ≈ 100N$ die wirkenden Kräfte bestimmen. Mit Trigonometrie kann man dies nur bei gleich langen Seilen berechnen, wenn ein rechter Winkel in der Mitte entsteht.

Kurvenüberhöhung berechnen: Bei Kurven im Straßen- und Bahnbau wird eine Überhöhung eingebaut, damit die Zentripetalkraft optimal wirken kann. Die Kurvengeschwindigkeit Formel v² = r · g · tan $α$ hilft bei der Berechnung der optimalen Geschwindigkeit.

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Kreisbewegung und Kettenkarussell

Beim Kettenkarussell dreht sich alles im Kreis, und FZ muss die resultierende Kraft aus FS und FG sein.

Berechnungen für das Kettenkarussell:

sin $α$ = l/L → r = L · sin $α$
tan $α$ = FZ/FG → FZ = FG · tan $α$ = m · g · tan $α$

Für die Geschwindigkeit gilt:

m · g · tan $α$ = m · v²/r
m · g · tan $α$ = m · v²/ $L · sin(α$ )
v² = $g · tan(α$ ) · $L · sin(α$ )

Modell mit Ausleger: Für die Kreisbahn gelten die gleichen Formeln wie im Basismodell. Es ändert sich nur etwas beim Radius r.

ra = r + r0 = L · sin $|α|$ + r0
v² = $g · tan(α$ ) · $L · sin(|α|$ + r0)

Physikalisches Prinzip: Bei einem Kettenkarussell sorgt die Zentripetalkraft dafür, dass die Ketten nach außen schwingen. Der Winkel α hängt direkt von der Geschwindigkeit ab. Je schneller das Karussell dreht, desto größer wird der Winkel und desto weiter schwingen die Ketten nach außen.

Diese Formeln ermöglichen die Berechnung der optimalen Geschwindigkeit für ein Kettenkarussell, damit es sicher betrieben werden kann. Die Physik der Kreisbewegung erklärt, warum die Sitze oder Gondeln bei zunehmender Geschwindigkeit immer weiter nach außen schwingen.

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•

184

•

30. März 2021

•

4 Seiten

Grundlagen der Kräftebetrachtung in Physik

Joel Stepan

@joelstepan_yszr

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Schiefe Ebene und Kräfte

Wichtige Schiefe Ebene Formeln:

FG² = FN² + FH² $Satz des Pythagoras$
FH = FG · sin $α$ $Trigonometrie$
FN = FG · cos $α$ $Trigonometrie$
a = g · sin $α$ $Beschleunigung auf der schiefen Ebene$
F = m · a $Kraft hängt von Masse und Beschleunigung ab$

Die Normalkraft schiefe Ebene wirkt immer senkrecht zur Oberfläche und ist kleiner als die Gewichtskraft. Die Hangabtriebskraft bestimmt, wie stark der Körper den Hang hinunter beschleunigt wird.

Wichtige Erkenntnis: Die Beschleunigung auf einer reibungsfreien schiefen Ebene hängt nur vom Schiefe Ebene Winkel ab und nicht von der Masse des Körpers! Bei gleichem Winkel beschleunigen alle Objekte gleich schnell den Hang hinunter.

Die Geschwindigkeit schiefe Ebene kann durch die Beschleunigung a = g · sin $α$ berechnet werden. Bei realen Problemen muss zusätzlich die Reibung schiefe Ebene berücksichtigt werden.

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Physik der Kurvenfahrt

Bei einer reibungsfreien, überhöhten Kurve wirken verschiedene Kräfte. Die Zentripetalkraft FZ ist die resultierende Kraft aus der Zentripetalkraft FK und der Gewichtskraft FG.

Berechnung des Neigungswinkels:

tan $α$ = FK/FG
FZ = FG · tan $α$
FZ = m·v²/r $Zentripetalkraft$

Durch Gleichsetzen der Formeln erhalten wir:

FG · tan $α$ = m·v²/r
m·g · tan $α$ = m·v²/r

Dies vereinfacht sich zu:

v² = r · g · tan $α$

Wichtiger Hinweis: Diese Geschwindigkeit ist unabhängig von der Masse! Die berechnete Geschwindigkeit ist exakt die Geschwindigkeit, die das Auto haben darf, ohne nach oben oder unten aus der Kurve zu fallen.

Kurvenüberhöhung berechnen: Bei Kurven im Straßen- und Bahnbau wird eine Überhöhung eingebaut, damit die Zentripetalkraft optimal wirken kann. Die Kurvengeschwindigkeit Formel v² = r · g · tan $α$ hilft bei der Berechnung der optimalen Geschwindigkeit.

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Kreisbewegung und Kettenkarussell

Beim Kettenkarussell dreht sich alles im Kreis, und FZ muss die resultierende Kraft aus FS und FG sein.

Berechnungen für das Kettenkarussell:

sin $α$ = l/L → r = L · sin $α$
tan $α$ = FZ/FG → FZ = FG · tan $α$ = m · g · tan $α$

Für die Geschwindigkeit gilt:

m · g · tan $α$ = m · v²/r
m · g · tan $α$ = m · v²/ $L · sin(α$ )
v² = $g · tan(α$ ) · $L · sin(α$ )

Modell mit Ausleger: Für die Kreisbahn gelten die gleichen Formeln wie im Basismodell. Es ändert sich nur etwas beim Radius r.

ra = r + r0 = L · sin $|α|$ + r0
v² = $g · tan(α$ ) · $L · sin(|α|$ + r0)

Physikalisches Prinzip: Bei einem Kettenkarussell sorgt die Zentripetalkraft dafür, dass die Ketten nach außen schwingen. Der Winkel α hängt direkt von der Geschwindigkeit ab. Je schneller das Karussell dreht, desto größer wird der Winkel und desto weiter schwingen die Ketten nach außen.

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Gekoppelte Systeme und Schiefe Ebene

Bei gekoppelten Systemen wirken Kräfte zwischen verschiedenen Massen. Die beschleunigende Kraft F entspricht der Gewichtskraft.

Grundformeln:

F = FG = m · a = m · g
M = M1 + M2 $Gesamtmasse$

Die Beschleunigung beider Massen beträgt:

a1,2 = $m · g$ / $m1 + m2$

Bei der schiefen Ebene:

F = FH1 - FH2
a = F/m = F/ $m1 + m2$
FH1 = m1 · g · sin $α$
FH2 = m2 · g · sin $β$

Dies führt zur Formel:

a1,2 = $m1 · g · sin(α$ - m2 · g · sin $β$ )/ $m1 + m2$ = F/m

Statik in der Physik: Die Gleichgewichtsbedingungen bei gekoppelten Systemen sind entscheidend für das Verständnis von Kräften. Im Gleichgewicht heben sich alle Kräfte gegenseitig auf, und es findet keine Beschleunigung statt.

Auch hier ist die Gewichtskraft FG die resultierende Kraft aus der Normalkraft FN und der Hangabtriebskraft FH. Die Schiefe Ebene Beispiele mit gekoppelten Systemen sind ideale Anwendungsfälle für das Verständnis der Kräftebeziehungen.

Diese Berechnungen sind wichtig für viele praktische Anwendungen wie Aufzüge, Flaschenzüge oder verbundene Massen auf schiefen Ebenen. Schiefe Ebene - Aufgaben mit Lösungen PDF bieten oft weitere Übungsmöglichkeiten für diese komplexen Systeme.

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Die App ist sehr leicht und gut gestaltet. Habe bis jetzt alles gefunden, nachdem ich gesucht habe und aus den Präsentationen echt viel lernen können! Die App werde ich auf jeden Fall für eine Klassenarbeit verwenden! Und als eigene Inspiration hilft sie natürlich auch sehr.

Stefan S

iOS user

Diese App ist wirklich echt super. Es gibt so viele Lernzettel und Hilfen, […]. Mein Problemfach ist zum Beispiel Französisch und die App hat mega viel Auswahl für Hilfe. Dank dieser App habe ich mich in Französisch verbessert. Ich würde diese jedem weiterempfehlen.

Samantha Klich

Android user

Wow ich bin wirklich komplett baff. Habe die App nur mal so ausprobiert, weil ich es schon oft in der Werbung gesehen habe und war absolut geschockt. Diese App ist DIE HILFE, die man sich für die Schule wünscht und vor allem werden so viele Sachen angeboten, wie z.B. Ausarbeitungen und Merkblätter, welche mir persönlich SEHR weitergeholfen haben.

Anna

iOS user

Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

iOS user

Ich liebe diese App sie hilft mir vor jeder Arbeit kann Aufgaben kontrollieren sowie lösen und ist wirklich vielfältig verwendbar. Man kann mit diesem Fuchs auch normal reden so wie Probleme im echten Leben besprechen und er hilft einem. Wirklich sehr gut diese App kann ich nur weiter empfehlen, gerade für Menschen die etwas länger brauchen etwas zu verstehen!

Lena M

Android user

Ich finde Knowunity ist eine super App. Für die Schule ist sie ideal , wegen den Lernzetteln, Quizen und dem AI. Das gute an AI ist , dass er nicht direkt nur die Lösung ausspuckt sondern einen Weg zeigt wie man darauf kommt. Manchmal gibt er einem auch nur einen Tipp damit man selbst darauf kommt . Mir hilft Knowunity persönlich sehr viel und ich kann sie nur weiterempfehlen ☺️

Timo S

iOS user

Die App ist einfach super! Ich muss nur in die Suchleiste mein Thema eintragen und ich checke es sehr schnell. Ich muss nicht mehr 10 YouTube Videos gucken, um etwas zu verstehen und somit spare ich mir meine Zeit. Einfach zu empfehlen!!

Sudenaz Ocak

Android user

Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

Android user

Ich benutze Knowunity schon sehr lange und meine Noten haben sich verbessert die App hilft mir bei Mathe,Englisch u.s.w. Ich bekomme Hilfe wenn ich sie brauche und bekomme sogar Glückwünsche für meine Arbeit Deswegen von mir 5 Sterne🫶🏼

Julia S

Android user

Also die App hat mir echt in super vielen Fächern geholfen! Ich hatte in der Mathe Arbeit davor eine 3+ und habe nur durch den School GPT und die Lernzettek auf der App eine 1-3 in Mathe geschafft…Ich bin Mega glücklich darüber also ja wircklich eine super App zum lernen und es spart sehr viel Heit dass man mehr Freizeit hat!

Marcus B

iOS user

Mit dieser App hab ich bessere Noten bekommen. Bessere Lernzettel gekriegt. Ich habe die App benutzt, als ich die Fächer nicht ganz verstanden habe,diese App ist ein würcklich GameChanger für die Schule, Hausaufgaben

Sarah L

Android user

Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

iOS user

Stefan S

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Samantha Klich

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Anna

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Ich finde Knowunity so grandios. Ich lerne wirklich für alles damit. Es gibt so viele verschiedene Lernzettel, die sehr gut erklärt sind!

Jana V

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Lena M

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Timo S

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Sudenaz Ocak

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Diese App hat mich echt verbessert! In der Schule war ich richtig schlecht in Mathe und dank der App kann ich besser Mathe! Ich bin so dankbar, dass ihr die App gemacht habt.

Greenlight Bonnie

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Julia S

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Marcus B

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Sarah L

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Hatte noch nie so viel Spaß beim Lernen und der School Bot macht super Aufschriebe die man Herunterladen kann total Übersichtlich und Lehreich. Bin begeistert.

Hans T

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Schiefe Ebene und Kräfte

Physik der Kurvenfahrt

Kreisbewegung und Kettenkarussell

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Ich liebe diese App so sehr, ich benutze sie auch täglich. Ich empfehle Knowunity jedem!! Ich bin damit von einer 4 auf eine 1 gekommen :D

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

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