Kräftediagramm einzeichnen - wo lerne ich das?

Question

Aufgabe/Situation:

Ich habe gesehen dass in alten Abschlussprüfungen der Physik (1. Semester Uni) immerwieder bei Aufgaben gefragt wird, 
dass man ein sogenanntes Kräftediagramm einzeichnen soll. 

Problem/Ansatz:

Ich kenne solche Kräftediagramme nicht, ausser in der Schule bei der Schiefen Ebene. Gibt es Aufgaben oder Themen in wo ich das lernen kann ? Oder wie lernt man das. In der Dynamik musste ich nicht oft die Kräfte einzeichnen aber ich finde das  wichtig und würde es gerne lernen korrekt zu machen. 

Beispiel einer Aufgabe: 

Ich soll bei einem Karussell, dessen Radius \(R\) ist und sein Seil die Länge \(L\) hat ein Kräftediagramm einzeichnen. 
Weiter dreht sich das Karussell mit einer Winkelgeschwindigketi \(\omega\) und der Massenpunkt \(m\) hängt in einem Winkel \(\varphi\) am Seil. 

Ich habe das so gemacht: 



Begründung:

- \(m\) wird von der Gravitationskraft \(-F_{G}\) in Richtung Boden gezogen. \(-F_{G}\) eingezeichnet ! 
- \(m\) wird vom Seil gezogen in richtung Aufhängung gezogen. \(F_{Seil}\) eingezeichnet ! 
- Da \(m\) sich unter diesem gegebenen Winkel während der Drehung bewegt, also auf seiner Bahn bleibt, muss eine Kraft in Richtung Zentrum wirken. \(-F_{ZP}\) eingezeichnet ! 
- Weiter wirkt entgegen \(-F_{ZP}\) eine betragsmässig gleiche Kraft \(F_{ZF}\)
- Da der Massenpunkt weder nach oben oder unten sich bewegt, muss die Kraft die entgegen  \(-F_{G}\) wirkt vom Betrag her gleich sein. Diese Kraft  \(F_{Seil_{||}}\)  lässt sich mithilfe von \(F_{Seil}\) und \(\varphi\) feststellen. Weil  \(F_{Seil}\)  die Hypotenuse ist und  \(-F_{ZP}\) ihre Gegenkathete ist, Brauche ich nur noch die Ankathete \(F_{Seil_{||}}\) . Es gilt, $$ F_{Seil}*cos\varphi = F_{Seil_{⊥}} .  $$ Das habe ich dann senkrecht nach oben gezeichnet. 

Also habe ich insgesamt 5 "Pfeile" die ich als wirkende Kräfte identifizieren konnte. 

Frage: 

Ist das richtig ? Einige Kräfte ergeben sich erst, das heisst einige Kräfte sind sozusagen von einer gegebenen Kraft die Parallel- oder Senkrechtkomponente. Das verunsichert mich dann. 

Die Lösung hat nur 3 ganze Kräfte und zwei Projektionen (Gestrichelt):

Answer 1

Hallo

 es schadet natürlich nicht zu jeder Kraft die Gegenkraft einzutragen, aber am Ende verwirrt es. Es wirken 2 Kräfte G=mg und Zentrifugalkraft Fz=m*v^2/r  zusammen müssen sie in Richtung des Seils ziehen, das die Gegenkraft aufbringt. Also hat man am einfachsten nur meine Zeichnung und kann daraus alles ablesen. Genauso gut ist deine Zeichnung, die die Seilkraft in die Zentripetalkraft und Gegenkraft zu G zerlegt, nur sollte man zur Vereinfachung die Gegenkräfte weglassen,  Für mich sind die Kräfte in deinem anderen Bild also senkrecht zum Seil überflüssig.

ähnliche Zeichnungen kommen bei Fahrten durch Kurven auf ebener Straße oder Straßen mit Überhöhung durch. andere etwa , wenn man ein Gewicht an einem Seil mit 2 Stützen aufhängt.

Gruß lul

Comments

Vielen Dank lul, ich schaue mir das an und werde in nächster Zeit feedback geben. :)