Rollreibungszahl und Größe der Gewichtskraft

Hallo (=

Im Rahmen meines Projekts zum Bau einer Kugelbahn habe ich folgende zwei Fragen, die ich mir selbst nicht beantworten kann:

wie Groß ist der Rollreibungskooeffizient von Stahl auf Alu (finde nur den Haftreibungskoeffizient von 0,19)

Mit welcher Gewichtskraft schlägt eine Stahlkugel von 20mm Durchmesser, einem Gewicht von 34 Gramm auf einen stillstehenden Gegenstand (Hebel) ein, wenn die Steigung 14° und die Rollstrecke 200mm beträgt?

Je nachdem ob du das alles besser weißt wie ich und wie du Zeit hast, können wir es mit oder auch ohne Reibungsberücksichtigung machen (;

Wär für jede Hilfe dankbar,

Gruß,

Gaul

Hallo,

der Rollreibungsbeiwert ist etwa 0,002 (siehe Wikipedia).
Der Rest Deiner Frage enthält Fehler:
Der Aufschlag erfolgt nicht mit einer Gewichtskraft, höchstens mit einer Kraft.
Die Einheit Gramm ist eine Masseeinheit, nicht eine Gewichtseinheit.

Grüße,
Jürgen

wie Groß ist der Rollreibungskooeffizient von Stahl auf Alu
(finde nur den Haftreibungskoeffizient von 0,19)

Mit welcher Gewichtskraft schlägt eine Stahlkugel von 20mm
Durchmesser, einem Gewicht von 34 Gramm auf einen
stillstehenden Gegenstand (Hebel) ein, wenn die Steigung 14°
und die Rollstrecke 200mm beträgt?

Hallo (=

Hi!

Im Rahmen meines Projekts zum Bau einer Kugelbahn (…)

wie Groß ist der Rollreibungskooeffizient von Stahl auf Alu
(finde nur den Haftreibungskoeffizient von 0,19)

Die Rollreibungskoeffizienten sind wesentlich kleiner als
die Haftreibungskoeffizienten. Das ist ja gerade der Vor-
teil von Rädern, Rollenlagern und Co. Es geht hier um einen
Faktor von ca. 100!

Die bei Wikipedia angegebenen Rollreibungskoeffizienten für
Stahl auf Stahl könnnen als gute Annäherung genommen
werden: Es kommt mehr auf den Durchmesser der Kugel als
auf das konkrete (harte) Material an.

Mit welcher Gewichtskraft schlägt eine Stahlkugel von 20mm
Durchmesser, einem Gewicht von 34 Gramm auf einen
stillstehenden Gegenstand (Hebel) ein, wenn die Steigung 14°
und die Rollstrecke 200mm beträgt?

Tja, das Rechnen an der schiefen Ebene läßt grüßen! Mit
dem Kräteparallelogramm und etwas Trigonometrie kannst Du
leicht die aus der Fallhöhe h resultierende Fallenergie,
die entlang der Rollstrecke s wirkende Bewegungsenergie
und somit die Aufschlagkraft ableiten.
(h = s * Sinus von 14° …)

Je nachdem ob du das alles besser weißt wie ich und wie du
Zeit hast, können wir es mit oder auch ohne
Reibungsberücksichtigung machen (;

Wenn Du am Kräfteparallelogramm die Gewichtskraft F(G)
zerlegst in die Hangabtreibskraft F(H) und die Normal-
kraft F(N), so vergrößerte die Reibung F(N).

F® = c * F(N)

wenn c der Reibungskoeffizient und F® die Reibungskraft
ist. In einer zeichnerischen Lösung würdest Du F(N) also
bis auf F® verlängern …

Alles weitere solltest Du Dir selbst herleiten können.
Wenn wer-weiss-was nicht zum Ghostwriter Deines Projekts
werden soll und das hier noch nicht ausreichte, nehme
bitte Kontakt zu einem guten Mitschüler oder dem betreu-
enden Lehrer auf.

Viel Erfolg!

Und liebe Grüße, B.//.

Wär für jede Hilfe dankbar,

Gruß,

Gaul

wie Groß ist der Rollreibungskooeffizient von Stahl auf Alu
(finde nur den Haftreibungskoeffizient von 0,19)

Der Rollreibungskoeffizient Stahl/Alu sollte sich wegen ähnlicher Oberflächenbeschaffenheit im Bereich Stahl/Stahl (0,002) bewegen. Genaue Werte müssen experimentell bestimmt werden.

Mit welcher Gewichtskraft schlägt eine Stahlkugel von 20mm
Durchmesser, einem Gewicht von 34 Gramm auf einen
stillstehenden Gegenstand (Hebel) ein, wenn die Steigung 14°
und die Rollstrecke 200mm beträgt?

Überlege Dir welche Kraft auf die Kugel parallel zur Bahn wirkt und sie so beschleunigt. Wegen der geneigten Bahn ist die Hangabtriebskraft relevant. Bei bekannter Strecke kann man so die Endgeschwindigkeit ausrechnen. Diese reduziert sich allerdings durch das Massenträgheitsmoment, aber fraglich, ob Du das so genau berechnen möchtest.

Hallo,
leider k.a.
Gruss

Sorry, kann Dir nicht helfen. Das übersteigt auch mein Wissen.

Gruß waterway.

Hmmm

Wie kommst Du bei der Frage gerade auf mich? Ich habe davon leider keine ahnung, und auch in meinem Profil kein Interessengebiet stehen, daß in diese Richtung etwas vermuten lassen könnte.

Sorry, aber dabei kann ich leider nicht helfen.

Hallo,

Die Gewichtskraft der Kugel ändert sich nicht, auch wenn Sie fällt nicht, diese hat immer die Gewichtskraft 0,034kg x 10m/s^2. Über den Winkel und die Länge der Strecke bekommt man die Höhe h. Energie ist m x g x h Damit kann über die Energieerhaltung eine Aussage über W=Fxs die Zusatzkraft F=W/s bestimmt werden.
Rollreibung (Rollwiderstand) 0,001–0,002 Eisenbahnrad auf Schiene sollte in etwa passen.

Hallo Jürgen,

danke für die Antwort. die Rollreibung ist schön niedrig, hört sich gut an.

stimmt, die Kugel schlägt nicht mit einer Gewichtskraft sondern mit einer Kraft ein.
Weißt du, wie ich diese berechnen kann?

Gruß,

Gaul

Hallo Bernhard,

erstmal vielen Dank für die Antwort.

Ich werde mir Gedanken machen.
Vielleicht kannst du mir noch bei einer Grundlegenden Frage weiterhelfen?

Ich habe eine Buchse vorgesehen, mit 26mm Durchmesser, die in einer Aufnahme mit leichtem Spiel aufgenommen ist.

An der Buchse ist ein Hebel mit wirksamer Hebellänge von 50 mm geplant.

Es gilt ja normalerweise Hebellänge 1* Kraft 1 = Hebellänge 2 * Gewicht 2.

Sagen wir mal die Länge vom Hebel, der an der Buchse befestigt ist, ist Länge 1 und die Einschlagskraft der Kugel ist Kraft 1, dann ist die Kraft 2 der Reibungswiederstand der Buchse ( 0,19*0,1kg= 0,019kg, bei spekulierter Haftreibungszahl 0,19 Stahl auf Alu)

Das ist doch soweit korrekt, oder?

Ich verstehe aber nicht, wo sich die Länge 2 wiederfindet.

Kannst du mir da vielleicht noch auf die Sprünge helfen, dann mach ich mir weiter alleine Gedanken (=

Gruß,

Gaul

Hallo mximilian,

danke für die Antwort. Ich denke mal, dass ich bei der geringen Rollreibung diese außen vor lassen kann und auch auf das Massenträgheitsmoment werde ich verzichten, macht bestimmt bei kleinen Kugeln wenig aus.

Entspricht die Hangabtriebskraft der Aufschlagskraft?

Gruß,

Gaul

ok, danke für die Rückmeldung,

Gruß,

Gaul

Hallo,
leider k.a.
Gruss

Hallo,
leider k.a.
Gruss

ok, danke für die Rückmeldung,

Gruß,

Gaul

Sorry, kann Dir nicht helfen. Das übersteigt auch mein Wissen.

Gruß waterway.

Hi,

ich komme gerade auf dich, weil ich meinte, du wärst hättest dich in Physik als Experte angegeben.
Vielleicht habe ich mich auch verguckt

Gruß,

Gaul

Hallo,

danke für die Antwort.
Ich habe über H=sin14°*0,18m = 0,0435m dann die Energie ausgerechnet.
W=0,034kg*9,81m/s^2*0,0435m
W=0,01451NM
Ist es richtig, wie ich noch in Erinnerung habe, dass Nm=kg*m^2 /s^2 ist ?

Wenn ich W=F*s Umstelle und ausrechne bekomme ich eine Zusatzkraft von 0,0806N raus.

Ist die Einschlagskraft dann gleich der Gewichtskraft + der Zusatzkraft?

eine letzte Frage noch: wäre es egal, ob die Kugel über eine bestimmte schiefe Ebene rollt und dabei nach gewissen Bahnweg die Höhe von 0,0435 m zurücklegt oder ob die Kugel diese Höhe einfach nur frei fallen würde?

Bitte um etwas Geduld mit mir (;

Gruß,

Gaul

Entspricht die Hangabtriebskraft der Aufschlagskraft?

Hallo Gaul

Die Hangabtriebskraft ist ein Teil der Gewichtskraft. Den genauen Anteil kannst du z.B. in der Zeichnung bei https://de.wikipedia.org/wiki/Hangabtriebskraft ablesen. Die Kugel wird durch die Hangabtriebskraft beschleunigt. Die Berechnung der nach einer bestimmten Strecke s erreichten Geschwindigkeit wird auf der Seite https://de.wikipedia.org/wiki/Gleichmäßig_beschleuni… dargestellt. Mit der Aufschlaggeschwindigkeit kann man die Energie der Kugel bestimmen.

Gruß m.

Hallo Bernhard,

erstmal vielen Dank für die Antwort.

Gern geschehen!

(…)

Ich habe eine Buchse vorgesehen, mit 26mm Durchmesser, die in
einer Aufnahme mit leichtem Spiel aufgenommen ist.

An der Buchse ist ein Hebel mit wirksamer Hebellänge von 50 mm
geplant.

|=== Hebelarm 1 ===(Achse) === Hebelarm 2 ===|

Wie sieht das Bauteil aus? Ein Hebelarm zur einen Seite,
dann der Stift, um den Hebel in der Buchse zu lagern und auf
der anderen Seite Hebelarm 2?

Es gilt ja normalerweise Hebellänge 1* Kraft 1 = Hebellänge 2
* Gewicht 2.

Ähem, um genau zu sein: „Gewichts_kraft_ 2“

Sagen wir mal die Länge vom Hebel, der an der Buchse befestigt
ist, ist Länge 1 und die Einschlagskraft der Kugel ist Kraft
1, dann ist die Kraft 2 der Reibungswiederstand der Buchse (
0,19*0,1kg= 0,019kg, bei spekulierter Haftreibungszahl 0,19
Stahl auf Alu)

Hm. Ich sehe erst einmal das: Kugel schiebt Hebelarm 1 mit
Kraft 1. Am Hebel mit dem Radius (halber Durchmesser!) der
Buchse bremst die Haftreibungskraft.

Wenn die Haftreibung die Kugel ganz bremsen soll (also ohne
dahinter liegenden Anschlag), dann muss die Kraftwirkung der
Kugel genau so groß sein wie die Haftreibung.

Ansonsten muss ich mir überlegen, dass die Kraft 1 nur teilweise
von der Haftreibung aufgehoben wird. Das wäre so, als ob ich
am Hebel 2, zwei Kräfte ansetze: Haftreibung mit Kraft 2’ an
Hebelarm 2’ und bspw. eine Feder oder ein Gewicht mit Wirkung
Kraft 2’’ mit der Länge Hebelarm 2’’.

Könnte so aussehen:

(Kräfte jetzt als F und Längen als l geschrieben.)

K(1) * l(1) = K’(2) * l’(2) + K’’(2) * l’’(2)

(sprich bspw. K’(2) als K-Strich-zwei)

Hu-uh-hu! War das jetzt zu heftig oder hilft’s?

Gruß, Bernhard //.

Gruß,

Gaul

Hallo,

wie Groß ist der Rollreibungskooeffizient von Stahl auf Alu

Stahl auf Stahl ist 0,002. Verwende 0,003, das könnte hinkommen.

Mit welcher Gewichtskraft

???

schlägt eine Stahlkugel von 20mm

Durchmesser

uninteressant für Gewichtskraft

, einem Gewicht von 34 Gramm auf einen

stillstehenden Gegenstand (Hebel) ein, wenn die Steigung 14°
und die Rollstrecke 200mm beträgt?

Du meinst vermutlich die Kraft, mit der die Kugel auf den Hebel einwirkt. Die hängt von ihrer kinetischen Energie und dem Bremsweg ab; F=ma ! Auskunft über den Bremsweg gibt die Geometrie Deiner Anlage. Der kürzest mögliche ist die Verformung von Kugel und Hebel bei unbeweglichem Hebel. Das liefert auch die maximale Kraft, die die Kugel ausüben kann. Bei beweglichem Hebel ist die Bremsstrecke der Kugel durch die Hebelbewegung maßgeblich. Du solltest sinnvolle Abschätzungen für diese Bremsstrecken machen und damit die Bremsbeschleunigung ausrechnen, dann hast Du auch die auf den Hebel einwirkende Kraft.

Grüße, t.

Moin Bernhard,

erstmal vielen Dank für die Antwort (=
Hier noch etwas, was ich glaub ich noch nicht so ganz erklärt habe:

Die Buchse besteht aus Vollmaterial (D26mm und Höhe 20mm) Stirnseitig sind vier Säulen (Runde Erhebungen, D5mm, 10mm lang) die sich auf einem Teilkreis von Durchmesser 18mm befinden.
Seitlich an der Mantelfläche ist eine Schlitz, wo ich den Hebel reinstecke. auf der Stirnseite, gegenüber von der Säulenseite ist noch ein M5 Gewinde, um den Hebel zu klemmen.

Sobald die Buchse durch den Hebel gedreht wird, sackt sie ab, wegen folgender Sache:

Sie steht in einer Aluminumaufnahme, die eine 26h7 Passung hat. und im Grund der Aufnahme sind 4 gebogene Nuten, ebenfall auf 18mm Teilkreis, die jeweils dort unterbrochen sind, wo die „Füße“ stehen. wenn man jetzt die Buchse dreht fallen die Säulen in die Bogennuten und die Buchse sackt ab.

solange wie der Hebel der Kugel noch nicht ganz freie Bahn gemacht hat, dreht sich die Buchse im Grund der Aufnahme weiter, jetzt liegt der Komplette Grund der Buchse auf, vorher standen nur die 4 Säulen mit Teilkreis 18mm auf der Al Aufnahme.

Der Hebel steht Senkrecht zur Lauffläche (diese ist 22mm breit) der Bahn und blockiert zu Beginn die Kugel. sobald die Kugel den Hebel bis zum Rand gedreht hat, kann sie ungehindert weiterrollen.
Im Verlauf des Drehens des Hebels rasten die Säulen der Buchse in die Bogenförmigen Vertiefungen ein. Das heißt, dass zu Beginn der Haftreibungswiederstand auf den Teilkreis Durchmesser 18 (ggf + 2 * RAdius Säulen) bezieht und später hätten wir kurz die Reibung der vollen auflage von Durchmesser 26mm.

Das nur zur Vollständigen Erklärng. Ich hoffe ich habe es nicht zu lang geschrieben, das ist nicht so meine Stärke mich kurz zu fassen…

Müssten wir unter den vervollständigten Gesichtspunkten jetzt noch was berücksichtigen oder ändern?

Gruß,

Gaul