gewichtskräfte und massen

Wissenschaft Physik
1

moin
ich (schüler) gebe nachhilfe in physik.
jetzt habe ich mir den ordner genommen und mal geschaut was mein „schüler“ gemacht hat und bin auf einen satz gestoßen, den ich nicht ganz verstehe.
es geht um den unterschied zwischen gewichtskraft und masse, dass die kraft ortsabhängig ist, die masse aber nicht. hab ich verstanden.
dann war da ein auszug eines berichtes von neil armstrong in dem steht:

„auf dem mond fände es ein astronaut garnicht so schwierig, sprünge von 6m höhe zu machen. er darf aber nicht vergessen, dass die masse seines körpers die gleiche bleibt. der aufprall auf der mondoberfläche würde also genauso wehtun wie auf der erde.“

das habe ich offengestanden nicht verstanden.
die geschwindigkeit mit der man aufkommt hat doch mit der gravitation zu tun, oder?
s=1/2*g*t²
–> v=wurzel2*g*s

ich weiß erlichgesagt nichtmehr wie man die kraft beim aufschlag errechnet (wenn ihr das wisst immer her damit^^), aber es muss doch irgendwie mit der masse zusammenhängen oder?
dann müsste doch die kraft beim aufprall kleiner sein…

HILFE !!!

wär echt super wenn ihr helfen könntet
elactic

2

Hallo,

das habe ich offengestanden nicht verstanden.
die geschwindigkeit mit der man aufkommt hat doch mit der
gravitation zu tun, oder?
s=1/2*g*t²
–> v=wurzel2*g*s

Steht doch alles da! s ist einfach auf dem Mond größer, dafür ist g kleiner. Mit der selben Absprungkraft (den Muskelschwund durch Raumreisen lassen wir mal weg), mit der man auf der Erde 1m hoch springt, springt man am Mond 6m hoch. Umgekehrt ist der Aufprall aus 6m am Mond genauso groß wie auf der Erde aus 1m.

ich weiß erlichgesagt nichtmehr wie man die kraft beim
aufschlag errechnet (wenn ihr das wisst immer her damit^^),
aber es muss doch irgendwie mit der masse zusammenhängen oder?
dann müsste doch die kraft beim aufprall kleiner sein…

Kraft ist Masse mal Beschleunigung.

Cu Rene

3

danke, aber noch nicht ganz klar:

Steht doch alles da! s ist einfach auf dem Mond größer, dafür
ist g kleiner. Mit der selben Absprungkraft (den Muskelschwund
durch Raumreisen lassen wir mal weg), mit der man auf der Erde
1m hoch springt, springt man am Mond 6m hoch. Umgekehrt ist
der Aufprall aus 6m am Mond genauso groß wie auf der Erde aus
1m.

nochmal:„auf dem mond fände es ein astronaut garnicht so schwierig, sprünge von 6m höhe zu machen. er darf aber nicht vergessen, dass die masse seines körpers die gleiche bleibt. der aufprall auf der mondoberfläche würde also genauso wehtun wie auf der erde.“
ich habe das ehr so verstanden, dass der sprung aus 6m höhe auf dem mond genauso wehtun würde, wie auf der erde und dass man desshalb(auch wenn man könnte) nicht 6m hoch springt.
wenn es wirklich nur um das verhältin 1:6 der gravitation geht, dann is alles klar.

Kraft ist Masse mal Beschleunigung.

richtig. aber wenn ich jetzt sage er springt sechs meter hoch.
wie rechne ich dann die wucht aus, mit der er aufschlägt?
ich dachte mir „wucht“ ist eine kraft. und wir haben die masse und die beschleunigung. aber wo in deiner rechnung kommt die höhe unter?
ich dachte man müsste vllt die geschwindigkeit errechnen (s=1/2*g*t²) und dann mit dieser weiterrechnet.
also um die frage nochmal zu formulieren:
wie kann ich die kraft (wucht) des aufpralls eine sprungs aus eine BESTIMMTEN höhe errechnen?

4

Hallo!

„auf dem mond fände es ein astronaut garnicht so schwierig,
sprünge von 6m höhe zu machen. er darf aber nicht vergessen,
dass die masse seines körpers die gleiche bleibt. der aufprall
auf der mondoberfläche würde also genauso wehtun wie auf der
erde.“

das habe ich offengestanden nicht verstanden.
die geschwindigkeit mit der man aufkommt hat doch mit der
gravitation zu tun, oder?
s=1/2*g*t²
–> v=wurzel2*g*s

ich weiß erlichgesagt nichtmehr wie man die kraft beim
aufschlag errechnet (wenn ihr das wisst immer her damit^^),
aber es muss doch irgendwie mit der masse zusammenhängen oder?
dann müsste doch die kraft beim aufprall kleiner sein…

Wahrscheinlich hast Du einfach den Text falsch gelesen. (Der Text macht einem diese Fehlleistung aber auch leicht).

Gemeint war nicht: „Der Aufprall beim Fall aus dieser Höhe ist gleich heftig wie auf der Erde aus der selben Höhe.“

Sondern: „Der Aufprall nach dem Absprung mit der gleichen Kraft ist gleich heftig wie auf der Erde mit der selben Kraft.“

Du hast recht, dass der Aufprall auf dem Mond eigentlich sanfter ausfallen sollte. Aber der Astronaut springt ja auf dem Mond auch viel höher, was sich letztendlich wieder ausgleicht.

Michael

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danke, ja da hab ich mich wohl vertan. wär mir auf komisch vorgekommen…
aber auf meine andere frage weißt du auch nicht zufällig eine antwort?

wie berechne ich die wucht (kraft?) beim aufprall?
ich hatte gerade beschleunigung in der schule also kann ich dir die geschwindigkeit ausrechnen, aber ich weiß nicht mehr wie die mit der kraft in verbindung steht.

rene hat schon gesagt, dass kraft=masse * beschleunigung ist.
aber wie kann ich da eine höhe einbinden?
also konkret: wie hoch ist die kraft beim aufprall aus zb 5m höhe?
geg.: s=5m; a=g=9,81m/s²
ges.: F

oder is es 9,81 N/kg???
omg

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Hallo!

also konkret: wie hoch ist die kraft beim aufprall aus zb 5m
höhe?

Aus der Alltagserfahrung weiß man, dass es einen Unterschied macht, ob man dabei in eine Hochsprungmatte oder auf Beton fällt. Der Beton bremst einen in kürzester Zeit auf 0 ab, während beim Fall in die Matte wenigstens eine - wenn auch kurze - Zeit vergeht, in der man abgebremst wird. Die Bremsverzögerung berechnet sich nach a = Δv/Δt. Wenn Du die Bremszeit Δt kennst, kannst Du die Beschleunigung und damit die Kraft ausrechnen.

Anwendungen davon:

  • Autos versucht man so zu bauen, dass sie bei einem Frontalzusammenstoß nachgeben (Knautschzone). Dadurch wird die Bremszeit verkürzt, die zerstörerische Kraft dadurch verkleinert.

  • Ein Hammer wird durch den Arm über eine vergleichsweise lange Zeit beschleunigt. Beim Aufprall auf den Nagel wird er sehr abrupt abgebremst. Damit ist die Kraft, die der Hammer auf den Nagel ausübt um ein Vielfaches größer als die Kraft, die der Schreiner mit seinem Arm aufbringen muss.

geg.: s=5m; a=g=9,81m/s²
ges.: F

oder is es 9,81 N/kg???

Die Einheit einer Kraft ist „N“. Alles, was nicht in „N“ gemessen wird, ist keine Kraft. 9,81 N/kg ist der Ortsfaktor und gibt lediglich an, wie groß die Gewichtskraft ist, die ein schwerer Körper pro Kilogramm Masse erfährt.

Michael

7

Hey,

die Kraft ist keine Funktion der Höhe oder Geschwindigkeit.
Folglich ist die Aufschlagskraft erstmal immer gleich.
Was dich aber viel mehr interessiert ist die negative Beschleunigung die die Masse beim Aufschlag erfährt. Sie ist nämlich ein Maß wie „heftig“ der Aufschlag ist.
Das kommt leider stark auf den Untergrund drauf an.
Beschleunigung ist ja von den Einheiten her gesehen nichts anderes als eine Geschwindigekeitsänderung pro Zeit (a=[m/s²]).
Nehmen wir als an, der Körper schlägt mit einer Geschwindigkeit von 5m/s auf und drückt sich ca. 10cm (0.1m=1/10 m)) in den Bode (bis v=0). Dann hat er eine negative Beschleunigung von a=(5m/s)/(1/10m)=50m/s² also ungefähr der 5-fachen Erdbeschleunigung.

Was ich hier aber nicht beachtete ist, das der Körper ja auch federt und daher quasi den Weg verlänger, also die Beschleunigung verringert.

Mit der Beschleunigung und der Körpermasse solltest du sogar eine Aufschlagskraft errechnen können …

Kannst es ja mal durchrechnen :smile:

Gruß
TeaAge

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

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Hallo Michael,

  • Autos versucht man so zu bauen, dass sie bei einem
    Frontalzusammenstoß nachgeben (Knautschzone). Dadurch wird die
    Bremszeit verkürzt, die zerstörerische Kraft dadurch
    verkleinert.

Sollte das nicht heissen, dadurch wird die Bremszeit verlängert? Dann wird nämlich Delta vau/delta tee kleiner, sprich der Aufprall ist weniger heftig. Oder habe ich einen Denkfehler?

Ralph

9

Hoppla! Klar, Du hast recht (owt)
.

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das hab ich noch nicht ganz verstanden…
also gehen wir von dem einfachsten fall aus: man schlägt auf beton oder ähnlichem auf
–> bremsbeschleunigung=0m/s² (

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hallo nochmal,

das Thema ist nicht ganz trivial, da es etwas schwierig vorzustellen ist.
Du musst dir die Definition mal etwas verinnerlichen:
Eine Kraft ist „nur“ eine Massen die irgendwie beschleunigt wird, also sie wird schneller oder langsamer (abgebremst/verzögert).
Während des Falls wirkt auf die Masse die Erdbeschleunigung als 9,81 m/s². Die Kraft ist konstant und von der Höhe unabhängig.
Trifft die Masse auf den Bode wirkt eine ganz andere Beschleunigung, die Bremsbeschleunigung (und dadurch auch eine anderen Kraft).
Diese Beschleunigung muss erstmal bestimmt werden und hängt bei einem einfach Körper im wesentlichen von dem Untergrund und vom Körpermaterial ab.
Nehmen wir also einen Flummi, der wiegt ca. 100g. Wir lassen ihn aus 5m fallen. Dann ergibt sich erstmal die Geschwindigkeit aus der Formel die du angegeben hast mit v=Wurzel(2*s*g)= Wurzel(2*5m*9,81m/s²)=9,9m/s.

Dieser Flummi fällt auf Beton, das so gut wie gar nicht nach gibt, so das ich es hier vernachlässige. Der Flummi dagegen ist recht weich und gibt sagen wir mal 1cm nach.

Jetzt fällt mir auf das ich unten kompletten Käse geschrieben habe um die Beschleunigung zu bestimmen, also hier nochmal richtig (hoffe ich :wink: ).

a=v²/(2*s)=(9,9m/s):frowning:1/100m)=9,9*100m/s²=990m/s²

Die Kraft wäre dann:
F=m*a=990m/s²*0,1kg=99N

Die Beschleunigung ist ein gutes Maß für die Wucht beim Aufschlag, da sich die Maße während des Falls nicht verändert, bzw. weil sie Masse unabhängig ist und daher ein vergleichbarer Wert ist.
Nicht umsonst werden in der Raumfahrt (oder auch Formal 1) Beschleunigungen in Vielfachen der Erdbeschleunigung (zum Beispiel 5G als 5-fache Erdbeschleunigung) angegeben.

Das der Bremsweg 0 ist, ist nicht möglich … der Boden gibt immer nach, wenn auch nur Mikro- oder Millimeter und der Körper an sich nun mal auch. Wenn du mal leicht hoch springst und dann probierst dich ganz steif zu machen (Rücken ganz gerade und steif) und dann aufkommst, wird dir der Aufprall heftiger vorkommen und vor allem weh tun, weil deine Wirbelsäule (ich glaub) an die Schädeldecke stößt.

Wäre der Bremsweg 0, hätten wir eine unendlich große Beschleunigung also auch eine unendlich große Kraft, so dass es zur Zerstörung kommen würde.

Also merken:
Eine Kraft „entsteht“ nur wenn eine Masse eine Änderung der Geschwindigkeit erfährt (also eine Beschleunigung) … der Satz ist zwar nicht völlig richtig aber er reicht für diese Betrachtung hier.

Gruß
TeaAge

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vielen dank
ich denke jetzt hab ichs

a=v²/(2*s)=(9,9m/s):frowning:1/100m)=9,9*100m/s²=990m/s²

Die Kraft wäre dann:
F=m*a=990m/s²*0,1kg=99N

wenn man jetzt davon ausgeht, dass der boden und der darauffallende gegenstand KAUM nachgibt, ergibt sich einfach ein extrem kurzer bremsweg --> extrem große beschleunigung --> extrem große kraft.
richtig?

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Hallo,

du hast es verstanden :smile:
Ein gutes Beispiel wurde dir hier ja schon genannt. Ein Auto soll sich beim Aufprall möglichst viel verformen (also den Bremsweg erhöhen) und so den Aufprall für die Insassen schonender machen.
Schmeißt du Glas auf den Boden zerbricht ist, warum?
Glas ist nicht sehr elastisch, fällt es also auf den Boden verformt es sich nur minimal (Bremsweg sehr klein), die Bremsbeschleunigung, also auch die resultierende Kraft, sind dann sehr hoch. So groß dass das Glas zerbricht.

Gruß