Zusammenwirken von Kräften und Kräftegleichgewicht: Unterschied zwischen den Versionen

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===Versuch: Kräfte(un)gleichgewicht auf dem Bürostuhl===
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===Versuch: Kräfte(un)gleichgewicht auf dem Bürostuhl ([https://phet.colorado.edu/sims/html/forces-and-motion-basics/latest/forces-and-motion-basics_de.html  Als Animation])===
 
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a) Eine Person sitzt auf einem Bürostuhl mit Rollen und streckt die Arme nach rechts und links. In den Händen hält sie je ein Seil. Zwei weitere Personen ziehen an den Seilen nach rechts, bzw. nach links.
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a) Anton sitzt auf einem Bürostuhl mit Rollen und streckt die Arme nach rechts und links. In den Händen hält er je ein Seil. Berta und Carla ziehen an den Seilen nach rechts, bzw. nach links.
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<br>b) Die Person auf dem Stuhl nimmt Kraftmesser in die Hand, die an den Seilen befestigt werden.
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<br>b) Anton auf dem Stuhl nimmt Kraftmesser in die Hand, die an den Seilen befestigt werden.
 
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a) Die Person auf dem Stuhl fühlt wie sie auseinander gezogen wird. Manchmal bewegt sich der Stuhl mit Person nach rechts, manchmal nach links und manchmal bleibt der Stuhl stehen.
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a) Anton fühlt wie er auseinander gezogen wird. Manchmal bewegt sich der Stuhl mit Anton nach rechts, manchmal nach links und manchmal bleibt der Stuhl stehen.
 
<br>b) Wenn beide Kraftmesser das gleiche anzeigen, bleibt der Stuhl stehen. Zeigt ein Kraftmesser eine größere Kraft als der andere an, so fängt der Stuhl an sich zu bewegen.
 
<br>b) Wenn beide Kraftmesser das gleiche anzeigen, bleibt der Stuhl stehen. Zeigt ein Kraftmesser eine größere Kraft als der andere an, so fängt der Stuhl an sich zu bewegen.
 
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Sind die Kräfte nach links und rechts entgegengesetzt gleich groß, so heben sie sich auf. ("Kräftegleichgewicht") Die Summe der Kräfte ist Null. Die mittlere Person steht zwar unter Zugspannung, bleibt aber in Ruhe. Ist die Kraft zu einer Seite etwas größer als die andere, so ist die Summe der Kräfte ist nicht mehr Null. Der Stuhl bewegt sich in die Richtung der größeren Kraft.
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Sind die Kräfte nach links und rechts entgegengesetzt gleich groß, so heben sie sich auf. ("Kräftegleichgewicht") Die Summe der Kräfte ist Null. Anton steht zwar unter Zugspannung, bleibt aber in Ruhe. Ist die Kraft zu einer Seite etwas größer als die andere, so ist die Summe der Kräfte ist nicht mehr Null. Der Stuhl bewegt sich in die Richtung der größeren Kraft.
 
   
 
   
 
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  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Schnittbild_Schnittflächen.png|Um die Kräfte auf die Person mit Stuhl genauer zu beschreiben, schneidet man sie mit dem Stuhl von der Umgebung frei und zeichnet Kraftpfeile ein.
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  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Gravitationsfeld.png|Berta und Carla ziehen nach Außen, das Gravitationsfeld zieht Anton und die Erde zueinander.
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  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Schnittbild.png|Es wirken an den Händen Kräfte nach links und rechts. Die Gewichtskraft zieht nach unten und an den Rollen des Stuhls wirken Kräfte, die den Stuhl nach oben drücken. Hat die Person mit Stuhl eine Masse von 60kg, so wirkt eine Gewichtskraft von ca. 600N nach unten. Bei zwei Rollen müssen also pro Rolle 300N nach oben drücken.
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Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Gravitationsfeld_Schnittbild_Schnittflächen.png|Um die Kräfte auf Anton und den Stuhl genauer zu beschreiben, schneidet man ihn mit dem Stuhl von der Umgebung frei und zeichnet Kraftpfeile ein.
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  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Schnittbild.png|Es wirken an den Händen Kräfte nach links und rechts. Die Gewichtskraft zieht nach unten und an den Rollen des Stuhls wirken Kräfte, die den Stuhl nach oben drücken. Anton hat zusammen mit dem Stuhl eine Masse von 60kg, es wirkt eine Gewichtskraft von ca. 600N nach unten. Bei zwei Rollen müssen also pro Rolle 300N nach oben drücken.
 
  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Kraftsumme1.png|Legt man die Kraftpfeile aneinander, so sieht man, dass sowohl horizontal als auch vertikal die Kraftsumme Null ist.
 
  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Kraftsumme1.png|Legt man die Kraftpfeile aneinander, so sieht man, dass sowohl horizontal als auch vertikal die Kraftsumme Null ist.
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  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Schnittbild_Ungleichgewicht.png|Hier zieht die linke Person stärker als die rechte Person.
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  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Kraftsumme1_Ungleichgewicht.png|In vertikaler Richtung herrscht noch Kräftegleichgewicht. In horizontaler Richtung herrscht kein Kräftegleichgewicht.  
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  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Schnittbild_Ungleichgewicht.png|Hier zieht Berta stärker nach links als Carla nach rechts.
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  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Kraftsumme1_Ungleichgewicht.png|In vertikaler Richtung (Oben-Unten) herrscht noch Kräftegleichgewicht. In horizontaler Richtung (Rechts-Links) herrscht kein Kräftegleichgewicht.  
 
  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Kraftsumme1_Ungleichgewicht_Summenpfeil.png|Die Summe der horizontalen Kräfte (blauer Pfeil) ist eine Kraft nach links. Der Stuhl beginnt sich nach links zu bewegen.
 
  Bild:Kräftegleichgewicht_Bürostuhl_Kraftsumme1_Ungleichgewicht_Summenpfeil.png|Die Summe der horizontalen Kräfte (blauer Pfeil) ist eine Kraft nach links. Der Stuhl beginnt sich nach links zu bewegen.
 
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Nach dem Loslassen wirkt nur noch die Gewichtskraft. Die Tasche ist nicht mehr im Kräftegleichgewicht und beginnt sich nach unten zu bewegen.
 
Nach dem Loslassen wirkt nur noch die Gewichtskraft. Die Tasche ist nicht mehr im Kräftegleichgewicht und beginnt sich nach unten zu bewegen.
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Bild:Person hält Tasche Gravitationsfeld.png|Wie ein Gummiband zieht das Gravitationsfeld Tasche und Erde zusammen.
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Bild:Person hält Tasche Loslassen Gravitationsfeld Schnittflächen.png|Und man muss die Tasche nur vom Feld in Gedanken freischneiden.
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Bild:Person hält Tasche Loslassen Gravitationsfeld Schnittbild.png|Die Gewichtskraft ist nun die einzige wirkende Kraft, weswegen die Tasche anfängt sich nach unten zu bewegen.
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*Ist eine Kraft größer als die andere, so ist die Kraftsumme nicht mehr Null. Der Gegenstand fängt an sich zu bewegen.
 
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* Simulation: [https://phet.colorado.edu/sims/html/forces-and-motion-basics/latest/forces-and-motion-basics_de.html Tauziehen] Käftegleichgewicht, Kraft und Bewegung (PhET "Interactive Simulations" der University of Colorado at Boulder)

Aktuelle Version vom 27. September 2020, 12:29 Uhr

  • Was passiert, wenn man auf einer Seite losläßt?

  • Mit welcher Kraft muss die Gewichtheberin nach oben drücken?

  • Dieser Luftballon wird von zwei Seiten gedrückt.

  • Gleich trifft der Fuß auf den Ball...

Versuch: Kräfte(un)gleichgewicht auf dem Bürostuhl (Als Animation)

Kräftegleichgewicht Bürostuhl Aufbau.png
Aufbau

a) Anton sitzt auf einem Bürostuhl mit Rollen und streckt die Arme nach rechts und links. In den Händen hält er je ein Seil. Berta und Carla ziehen an den Seilen nach rechts, bzw. nach links.
b) Anton auf dem Stuhl nimmt Kraftmesser in die Hand, die an den Seilen befestigt werden.

Beobachtung

a) Anton fühlt wie er auseinander gezogen wird. Manchmal bewegt sich der Stuhl mit Anton nach rechts, manchmal nach links und manchmal bleibt der Stuhl stehen.
b) Wenn beide Kraftmesser das gleiche anzeigen, bleibt der Stuhl stehen. Zeigt ein Kraftmesser eine größere Kraft als der andere an, so fängt der Stuhl an sich zu bewegen.

Erklärung

Sind die Kräfte nach links und rechts entgegengesetzt gleich groß, so heben sie sich auf. ("Kräftegleichgewicht") Die Summe der Kräfte ist Null. Anton steht zwar unter Zugspannung, bleibt aber in Ruhe. Ist die Kraft zu einer Seite etwas größer als die andere, so ist die Summe der Kräfte ist nicht mehr Null. Der Stuhl bewegt sich in die Richtung der größeren Kraft.

  • Berta und Carla ziehen nach Außen, das Gravitationsfeld zieht Anton und die Erde zueinander.

  • Um die Kräfte auf Anton und den Stuhl genauer zu beschreiben, schneidet man ihn mit dem Stuhl von der Umgebung frei und zeichnet Kraftpfeile ein.

  • Leer.jpg

  • Es wirken an den Händen Kräfte nach links und rechts. Die Gewichtskraft zieht nach unten und an den Rollen des Stuhls wirken Kräfte, die den Stuhl nach oben drücken. Anton hat zusammen mit dem Stuhl eine Masse von 60kg, es wirkt eine Gewichtskraft von ca. 600N nach unten. Bei zwei Rollen müssen also pro Rolle 300N nach oben drücken.

  • Legt man die Kraftpfeile aneinander, so sieht man, dass sowohl horizontal als auch vertikal die Kraftsumme Null ist.

  • Leer.jpg

  • Hier zieht Berta stärker nach links als Carla nach rechts.

  • In vertikaler Richtung (Oben-Unten) herrscht noch Kräftegleichgewicht. In horizontaler Richtung (Rechts-Links) herrscht kein Kräftegleichgewicht.

  • Die Summe der horizontalen Kräfte (blauer Pfeil) ist eine Kraft nach links. Der Stuhl beginnt sich nach links zu bewegen.

Versuch: Tasche festhalten und loslassen

Aufbau

Man hält eine Tasche "in die Luft". Dann läßt man los.

Beobachtung

Zunächst bleibt die Tasche in Ruhe, nach dem Loslassen setzt sie sich nach Unten in Bewegung.

Erklärung

Man schneidet die Tasche aus der Umgebung frei. Die Gewichtskraft zieht die Tasche nach unten, mit der entgegengesetzt gleichgroßen Kraft drückt die Hand gegen die Halteschlaufe. Die Tasche ist im Kräftegleichgewicht, die Kraftsumme ist Null.

Nach dem Loslassen wirkt nur noch die Gewichtskraft. Die Tasche ist nicht mehr im Kräftegleichgewicht und beginnt sich nach unten zu bewegen.

  • Person hält Tasche.png

  • Wie ein Gummiband zieht das Gravitationsfeld Tasche und Erde zusammen.

  • Leer.jpg

  • Um die Kräfte auf die Tasche einzuzeichnen, schneidet man sie frei.

  • Die Tasche ist im Kräftegleichgewicht, denn...

  • ...die Summe beider Kräfte ist Null.

  • Wenn die Tasche losgelassen wird...

  • ...hat die Tasche nur noch Kontakt zum Gravitationsfeld.

  • Leer.jpg

  • Und man muss die Tasche nur vom Feld in Gedanken freischneiden.

  • Die Gewichtskraft ist nun die einzige wirkende Kraft, weswegen die Tasche anfängt sich nach unten zu bewegen.

  • Person hält Tasche Loslassen Kraftsumme.png
  • Man addiert Kräfte, indem man die Kraftpfeile aneinanderlegt.
  • Bei entgegengesetzt gleichgroßen Kräften ist die Summe der Kräfte Null. ("Kräftegleichgewicht")
  • Im Kräftegleichgewicht wird ein Gegenstand zusammengedrückt oder auseinandergezogen, aber er setzt sich nicht in Bewegung.
  • Ist eine Kraft größer als die andere, so ist die Kraftsumme nicht mehr Null. Der Gegenstand fängt an sich zu bewegen.

Links

  • Simulation: Tauziehen Käftegleichgewicht, Kraft und Bewegung (PhET "Interactive Simulations" der University of Colorado at Boulder)
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