1. Schritt: Bei (fast) allen Physikaufgaben gilt es zunächst einmal alle gegebenen Größen aufzuschreiben:
m = 2 kg
β = 40°
F = 6,0 N
2. Schritt: Was ist gesucht?
fth - die Haftreibzahl, sie tritt im Zusammenhang mit der Haftkraft auf
3. Schritt: Dann erstellst Du am besten eine Skizze und trägst alle Kräfte ein:
F - die Kraft auf den Stock
Fh - die Haftkraft, die den Klotz am wegrutschen hindert bis ein bestimmter Wert erreicht ist
Fg - die Gewichtskraft, das Gewicht des Klotzes
Fb - die Kraft, die der Boden dem Klotz entgegensetzt;
wäre sie nicht da würde der Klotz "nach unten fallen"
Die Kräfte Fs und Fw ergeben sich aus dem Kräfteparallelogramm. Mit dem Kräfteparallelogramm kannst Du die Kraft F in einen zur Oberfläche waagerechten Anteil - Fw - und in einen senkrechten Anteil - Fs - aufteilen.
Fw - waagerechte Kraftkomponente
Fs - senkrechte Kraftkomponente
4. Schritt: Nun stellst Du eine Kräftebilanz auf:
Kräftebilanz in waagerechter Richtung:
→: Fv - Fh = 0
Du gibst Dir am besten erstmal eine Richtung vor, das ist bei mir von links nach rechts (s. kleiner Pfeil). Dann summierst Du alle waagerechten Kräft. Alle Kräfte, die in Richtung des kleinen Pfeils zeigen, bekommen ein positives Vorzeichen, alle Kräfte gegen die Pfeilrichtung bekommen ein negatives Vorzeichen.
Kräftebilanz in senkrechter Richtung:
↑: -Fs - Fg + Fb = 0
Fb = Fs + Fg = Fn // Fn, die Normalkraft, ist die Summe aller Kräfte,
die senkrecht auf die Oberfläche wirken
Im Prinzip wie oben vorgehen.
5. Schritt: Nun überlegst Du welche Gleichungen Dir weiter helfen können das Problem zu beschreiben:
Haftkraft:
Fh = Fn * fth // Die Haftkraft ist das Produkt aus Normalkraft Fn und Haftreibwert fth.
Die Haftkraft kennst Du, sie ist die Summe aus Fh und Fg.
Gewichtskraft:
Fg = m * g
Aus Kräfteparallelogramm:
Fw = F * sin(β)
Fs = F * cos(β)
Aus Kräftebilanzen:
Fh = Fw
Fn = Fs + Fg
6. Schritt: Du suchst Dir die Gleichung in der fth vorkommt und versuchst die unbekannten Größen durch bekannte zu ersetzen.
Fh = Fn * fth
• Fn = Fg + Fs
Fg = m * g
Fs = F * cos(β)
• Fh = Fw
Fw = F * sin(β)
Es ergibt sich dann:
F * sin(β) = (m * g + F * cos(β) ) * fth
Nach fth aufgelöst:
fth = F * sin(β) / (m * g + F * cos(β) )
Einsetzen:
fth = 6,0N * sin(40°) / (2kg * 9,81N/kg + 6,0N * cos(40°)) ≅ 0,16
