Mechanik 1

Kräfte und ihre Wirkungen

 

3. Mechanische Kräfte (Buch S. 52 - 59)


Der Abschnitt "wissen & verstehen" umfasst vier Seiten.

  • Die Schwerkraft (Gewichtskraft)
  • Die Federkraft
  • Die Reibungskraft
  • Die Gravitationskraft


Der Abschnitt "forschen & anwenden" umfasst vier Seiten mit insgesamt elf Aufgaben:

  1. Die Gewichtskraft
  2. Masse und Gewicht auf Erde und Mars
  3. Federdiagramme
  4. Berechnen der Federkraft
  5. Lineare und progressive Federn
  6. Berechnung von Federkombinationen
  7. Die Reibungskraft
  8. Ermitteln der Reibungszahl
  9. Rechenbeispiele zur Reibungskraft
  10. Reibung im Alltag
  11. Schwerelosigkeit in Satelliten und Raumstationen


Hinweise, Ergänzungen und Lösungen zu den Arbeitsaufgaben

 

3.1 Die Gewichtskraft

Masse und Gewicht werden im Alltag oft gleichgesetzt. Dass es sich hier um unterschiedliche Größen handelt, zeigt dieses Experiment auf der ISS.

 


 

3.2 Masse und Gewicht auf Erde und Mars

 

Ergebnisse der Rechnung:

Gewicht auf Mars / Erde:

  • Sojourner 39,3 N / 103,9 N;  
  • Spirit und Opportunity 686 N / 1 813 N;  
  • Curiosity 3 339 N / 8 820 N.

 

3.3 Federdiagramme

 

3.4 Berechnen der Federkraft

Ergebnisse der Rechnung:

Kugelschreiber:   k = 50 N/m                                         Expander:    F1 = 216 N;    F2 = 360 N

 

3.6 Berechnung von Federkombinationen

Ergebnisse der Rechnungen:

k(A) = 267 N/m;   xA = 0,225 m             k(B) = 1 200 N/m;   xB = 0,05 m             k(C) = 480 N/m;   xC = 0,125 m             k(D) = 320 N/m;   xD = 0,188 m

 

3.7 Die Reibungskraft

 

 

3.8 Ermitteln der Reibungszahl (Exp.)

Experimente zur Ermittlung der Reibungszahl
Experimente zur Ermittlung der Reibungszahl

Zu dieser Aufgabe gibt es im eBook bzw. auf der DVD ein Video. Es zeigt jeweils an einem Beispiel die beiden Methoden zur Bestimmung der Reibungszahl. Können die Experimente nicht selbst durchgeführt werden, kann das Video als Basis für eine quantitative Auswertung (Berechnung der Reibungszahl)  verwendet werden.

 

Mit den Daten aus dem Video ergeben sich folgende Reibungszahlen:

Holz/Stoff → µ(G) = 0,65;             Holz/Holz → µ(H) = 0,51


 

3.9 Rechenbeispiele zur Reibungskraft

Ergebnisse der Rechnungen:

  • Kleiderschrank:   in Bewegung setzen → F = 956 N;   in Bewegung halten → F = 515 N
  • Auto:   trockene Straße → a = 7,85 m/s²;   s = 31,5 m           Schnee → a = 0,98 m/s²;   s = 251,7 m
  • Seilklettern:   Kraft pro Hand = 350,5 N

 

3.10 Reibung im Alltag

 

3.11 Schwerelosigkeit in Satelliten und Raumstationen

Ergebnis der Rechnung:          

Gravitationsbeschleunigung auf ISS-Bahn = 8,73 m/s²

 

https://www.youtube.com/watch?v=TLbhrMCM4_0