Physikaufgabe zur Mechanik

Wissenschaft Physik
#1

Hallo, es wäre echt gut, wenn mir jemand bei dieser aufgabe helfen würde, da ich nicht besonders gut in physik bin.

  1. An einer 1,2m langen Schnur hängt eine Kugel mit der Masse m= 1,0kg. Das andere Ende einer Schnur ist in einem Punkt A befestigt, der sich 2,0m über dem Erdboden befindet. Die Schnur hat eine Reißfestigkeit vob 15N.
    1.1 Nun wird die Schnur mit der Kugel auf einer horizontalen Kreisbahn um den Punkt A immer schneller herumgeschleudert, so dass die Schnur schließlich reißt.
  • Bei welcher Umdrehungszahl reißt die Schnur?
  • In welcher horizontalen Entfernung vom Punkt A aus gemessen trifft die Kugel auf dem Boden auf?
    2.2 Nun soll die Kugel auf einer vertikalen Kreisbahn um den Punkt A herumgeschleudert werden und zwar so, dass im höchsten Punkt der Bahn die Spannkraft in der Schnur gerade 0 N beträgt.
    Wie groß ist in diesem Fall die Bahngeschwindigkeit der Kugel?

Liebe Grüße, Jana

#2

Hallo Jana

Hier eine kleine Hilfe
Begriffserklärung: (w^2) ist w im Quadrat.

1.1 Nun wird die Schnur mit der Kugel auf einer horizontalen
Kreisbahn um den Punkt A immer schneller herumgeschleudert, so
dass die Schnur schließlich reißt.

  • Bei welcher Umdrehungszahl reißt die Schnur?

Hier sollte helfen, das die Kraft, die auf die Schnur wirkt m*(w^2)*r. Hierbei ist m die Masse der Kugel, w die Kreisfrequenz (w = 2*pi*f) und r der Radius = Länge der Schnur. Ein bisschen Umformen liefert das gesuchte f.

  • In welcher horizontalen Entfernung vom Punkt A aus gemessen
    trifft die Kugel auf dem Boden auf?

Ich denke, man kann davon ausgehen, dass die Kugel parallel zum Boden nach aussen fliegt und keine Reibung erfährt. Hierbei kann man das Superposititonsprinzip anwenden: Die Kugel hat eine Geschwindigkeitskomponente parallel zum Boden und eine senkrecht zum Boden welche sich nicht beeinflussen. Parallel zum Boden wirkt keine Beschleunigung, d.h. die Geschwindigkeit bleibt konstant und ist die Geschwindikeit der Kugel beim Reissen des Seils: v = w*r. Die Komponente senkrecht zum Boden hat keine Anfangsgeschwindigkeit, erfährt aber die Erdbeschleunigung. Der zurückgelegte Weg in der Erdbeschleunigung ist dann s = 1/2*g*(t^2). Nun musst du ausrechenen, wie lange es dauert, bis die Kugel am Boden auftrifft und dann schauen, wie weit sie in der Zeit gekommen ist.

2.2 Nun soll die Kugel auf einer vertikalen Kreisbahn um den
Punkt A herumgeschleudert werden und zwar so, dass im höchsten
Punkt der Bahn die Spannkraft in der Schnur gerade 0 N
beträgt.
Wie groß ist in diesem Fall die Bahngeschwindigkeit der Kugel?

Nach der ersten Aufgabe nicht mehr schwierig. Im höchsten Punkt der Bahn wirkt die Gewichtskraft nach unten (F = mg) und die Zentrifugalkraft nach oben (F = m*(w^2)*r). Damit gibts das w und mit v = w*r die Geschwindigkeit.

Viel Grüsse
Charly

#3

Hallo Jana

Hier eine kleine Hilfe
Begriffserklärung: (w^2) ist w im Quadrat.

1.1 Nun wird die Schnur mit der Kugel auf einer horizontalen
Kreisbahn um den Punkt A immer schneller herumgeschleudert, so
dass die Schnur schließlich reißt.

  • Bei welcher Umdrehungszahl reißt die Schnur?

Hier sollte helfen, das die Kraft, die auf die Schnur wirkt
m*(w^2)*r. Hierbei ist m die Masse der Kugel, w die
Kreisfrequenz (w = 2*pi*f) und r der Radius = Länge der
Schnur. Ein bisschen Umformen liefert das gesuchte f.

Je nach dem wie genau man das machen soll passt das aber nicht. Denn der Faden wird ja nie wirklich horizontal gespannt sein, sondern die Kugel wird immer unterhalb des Aufhängepunktes sein, so dass die Schnur diagonal nach unten gespannt ist, d.h. man bekommt die noch eine Trigonometrische Funktion mit rein.

#4

1.1 Nun wird die Schnur mit der Kugel auf einer horizontalen
Kreisbahn um den Punkt A immer schneller herumgeschleudert, so
dass die Schnur schließlich reißt.

Denn der Faden wird ja nie wirklich horizontal gespannt
sein, sondern die Kugel wird immer unterhalb des
Aufhängepunktes sein, so dass die Schnur diagonal nach unten
gespannt ist, d.h. man bekommt die noch eine Trigonometrische
Funktion mit rein.

Da steht doch, dass die Kugel auf einer horizontalen Kreisbahn gerumgeschleudert wird. Ist physikalisch zwar nur machbar, wenn die Schnur ein Stock ist, aber sonst wird’s wohl zu kompliziert (nicht unmöglich!)

#5

Da steht doch, dass die Kugel auf einer horizontalen Kreisbahn
gerumgeschleudert wird. Ist physikalisch zwar nur machbar,
wenn die Schnur ein Stock ist, aber sonst wird’s wohl zu
kompliziert (nicht unmöglich!)

Die Bahn ist zwar auch horizontal, wenn sie etwas unterhalb des Aufhängepunktes verläuft, aber vermutlich war es wohl so gemeint, wie du es interpretierst.