Physikalische Arbeit Berechnen

Wissenschaft Physik
#1

Hallo

folgende Aufgabe bereitet mir Probleme

Berechnen Sie die physikalische Arbeit
Skizze mit Wagen (wie Leiterwagen) an dem Person zieht
gegeben m = 40kg, Strecke s = 25 m , Rollwiderstand 0,05, Deichselwinkel alpha = 30°

Kräfteparallelogramm „kann ich“

mir ist auch klar dass aus W = Fs * s wenn Winkel
W = F * s * cos alpha wird

ist F dann (Annahme Ortsfaktor g = 10 m/s^2)
zu berechnen mit 40 * 10 * Rollwiederstand 0,05
= 20 N ???

und dann W = 20N*25m * cos 30°

das ERgebnis ist W= 433 Nm

(auf meinem Arbeitsblatt steht nämlich als Ergebnis 500Nm)

Vielen Dank für Hinweise
Andrea

#2

Hallo,

und dann W = 20N*25m * cos 30°

den Deichselwinkel kannst Du vergessen der leistet nix zur Arbeit.
Der Rollwiderstand ist ja nicht in Richtung der Deichsel.

das ERgebnis ist W= 433 Nm

Aber nicht richtig.

(auf meinem Arbeitsblatt steht nämlich als Ergebnis 500Nm)

Genau.
Gruß VIKTOR

#3

und dann W = 20N*25m * cos 30°

den Deichselwinkel kannst Du vergessen der leistet nix zur
Arbeit.
Der Rollwiderstand ist ja nicht in Richtung der Deichsel.

das ERgebnis ist W= 433 Nm

Aber nicht richtig.

(auf meinem Arbeitsblatt steht nämlich als Ergebnis 500Nm)

Genau.

eine andere Betrachtung wäre - wenn ihr dies denn berücksichtigen
solltet - daß die schräge Deichsel natürlich beim Ziehen des
rollenden Objektes dieses etwas anhebt, also entlastet und damit
auch den Rollwiderstand vermindert.
Wenn ich mal die horizontale Zugkraft mit Fh bezeichne dann wäre
Fh=(400-Fh*tan(30))*0,05
1,0289 *Fh=400*0,05
Fh=19,44N also die Arbeit auf 25m Bewegung nur ca 486 Nm.
Aber die Lösung wurde ja mit 500 Nm angegeben - oder ??
Wenn nicht, dann wäre die exakte Lösung tatsächlich Letztere und
die Angabe der Deichselneigung bekäme Sinn.
Das auf dieser 25m Strecke eine vertikale Kraftkomponente von
ca Fv=11,2 N gehalten (getragen !) werden muß ändert daran nichts.

#4

ist mir nicht klar

Meine Überlegung ist
die Gewichtskraft des Wagens beträgt 400N.
Aufgrund der Rollreibung von 0,05 muss ich diesen aber nur mit
F = 20 N ziehen. (stimmt diese Überlegung ?)

die Formeld für die aufzuwendende Arbeit lautet
W = F * s * cos alpha

dann also W = 20 N * 25m (STrecke) * cos 30°
W = 433 Nm

Danke für weitere Hilfe
Andrea

#5

Hallo,

Meine Überlegung ist
die Gewichtskraft des Wagens beträgt 400N.
Aufgrund der Rollreibung von 0,05 muss ich diesen aber nur mit
F = 20 N ziehen. (stimmt diese Überlegung ?)

ja.

die Formeld für die aufzuwendende Arbeit lautet
W = F * s * cos alpha
dann also W = 20 N * 25m (STrecke) * cos 30°
W = 433 Nm

Nein, alpha ist nicht 30° sondern 0°, denn die Kraft an der Deichsel wirkt horizontal, d.h. in Wegrichtung. Der Vektor ist nur durch die Deichsel horizontal verschoben.
Wenn man es allerdings genau nimmt, dient nicht die gesamte Kraft der Fortbewegung, sondern auch zum Anheben des Wagens. Weil Arbeit das Produkt aus in Wegrichtung wirkender Kraft und Wegstrecke ist, wäre sie dann aber - so wie es Viktor berechnet hat - geringer als 500Nm.

Gruß
Pontius

#6

Hallo Andrea,

Meine Überlegung ist
die Gewichtskraft des Wagens beträgt 400N.
Aufgrund der Rollreibung von 0,05 muss ich diesen aber nur mit
F = 20 N ziehen. (stimmt diese Überlegung ?)

genau, und daran ändert sich auch nicht.

die Formeld für die aufzuwendende Arbeit lautet
W = F * s * cos alpha

Wenn Du den Wagen nur mit einer horizontalen Kraft von von
F’=F*cos(30) ziehen willst bleibt er stehen.Um die Kraft 20KN
kommst Du nicht herum
Das war Dein Denkfehler.
Wenn die Deichsel schräg ist, mußt Du eben stärker als 20KN
daran ziehen um horizontal die benötigten 20KN „auf den WEG“! (F\ *s )
zu bringen.

dann also W = 20 N * 25m (STrecke) * cos 30°

nein, immer nur 20*25=500 !
Wie sich die vertikale Kraftkomponente an der Deichsel auswirken
könnte habe ich dargelegt. Sie leistet aber direkt nichts zur
Bewältigung der Arbeit sondern entlastet die 400KN Gewichtkraft des
Wagens.(was wohl nicht zu berücksichtigen war !)
Gruß VIKTOR

#7

Hallo Andrea,

Pontius und VIKTOR haben es schon beschrieben.

Mir war die Sache auch unklar. Das Zauberwort in der Aufgabenstellung ist scheinbar: „physikalische Arbeit“.
Sieht man unter diesem Stichwort nach, findet man z.B.:
http://www.leifiphysik.de/web_ph08_g8/grundwissen/01…
darin:
„Es wird physikalische Arbeit verrichtet, wenn eine Kraft längs eines Weges wirkt.“

und weiter, wie für deine spezielle Aufgabe mit der an einer schräg nach oben - nicht längs des Weges - gerichteten Deichsel ziehenden Person formuliert:
„Wirkt die Kraft nicht Längs des Weges, so ist für die Arbeitsberechnung nur die Kraftkomponente in Wegrichtung (Fs) einzusetzen.“

Gruß

watergolf

#8

ich will nicht nerven aber:

wozu gibt es dann die Formel W = F*s*cos alpha

das Kräfteparallelogramm am Wagen ist folgendermaßen aufgebaut:

vorn an der Deichsel senkrecht nach oben die Kraft F2 im 90-Grad Winkel die Kraft Fs „schräg hoch“ die Kraft F (diese Kraft wird zerlegt in F2 und Fs). Zwischen F und Fs ist der Winkel alpha eingeschlossen.

Also ist die Kraft entlang (parallel) des Weges Fs = F * cos alpha

also ist W = F*s*cos alpha

Noch eine Frage: ist verrichtete Arbeit und übertragene Energie identisch zu sehen?

Grüße + Danke
Andrea

#9

Hallo,

wozu gibt es dann die Formel W = F*s*cos alpha

eine Formel hat immer einen Bezug.
Den hast Du nicht verstanden deshalb Dein falscher Ansatz.
Mach eine Skizze, damit wir den Bezug auch sehen , und lade
sie hoch.

das Kräfteparallelogramm am Wagen ist folgendermaßen
aufgebaut
usw.
Also ist die Kraft entlang (parallel) des Weges Fs = F * cos
alpha

Kann sein, aber Fs ist 20 N, nicht F.

also ist W = F*s*cos alpha
Noch eine Frage: ist verrichtete Arbeit und übertragene
Energie identisch zu sehen?

Ja.Energieerhaltungsgesetz.
Hier geht die Energie in Wärme oder kleinste Bewegungen des
Kontaktmaterials am Boden auf da die „Lage“ der Masse des Wagens
nicht verändert wird.Andere Arbeit (z.Bsp. Hubarbeit) kann
gespeichert werden, bleibt also als potentielle Energie erhalten.
Gruß VIKTOR

#10

wozu gibt es dann die Formel W = F*s*cos alpha

Mit dieser Formel und dem Winkel alpha von 30° müsstest du rechnen, wenn die Zugkraft (F) gegeben wäre. Bei deiner Aufgabe wären das nicht 20N, sondern ca. 23,1N.
W = 23,1N * 25m * cos 30° = 500Nm

das Kräfteparallelogramm am Wagen ist folgendermaßen
aufgebaut:

vorn an der Deichsel senkrecht nach oben die Kraft F2 im
90-Grad Winkel die Kraft Fs „schräg hoch“ die Kraft F (diese
Kraft wird zerlegt in F2 und Fs). Zwischen F und Fs ist der
Winkel alpha eingeschlossen.
Also ist die Kraft entlang (parallel) des Weges Fs = F * cos
alpha
also ist W = F*s*cos alpha

Ist ja alles richtig, nur sind die 20N nicht F, sondern Fs.