Vorkurs Physik
Topic outline
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In diesem Abschnitt lernen Sie die Newtonsche Axiome, den physikalischen Kraftbegriff, verschiedene wichtige Kräfte und typische Anwendungsbeispiele der Newtonschen Axiome kennen.
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Was ist eine Kraft?
Kräftezoo Teil 1
Kräftezoo Teil 2
Die Newtonschen Axiome
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Die Newtonschen Axiome Aufgaben mit Normalkraft
Machen Sie die folgenden Aufgaben. Um die Lösungen zu sehen, klicken Sie auf Lösung. Für einen ausführlicheren Lösungsweg, schauen Sie sich das Lösungsvideo dazu an.
1) Ein Apfel liegt auf einem Tisch. Bestimmen Sie die Normalkraft des Tischs auf den Apfel.
2) Eine 10.0 kg schwere Kiste steht auf der glatten (reibungsfreien) horizontalen Fläche eines Tisches. Bestimmen Sie das Gewicht der Kiste und die auf sie wirkende Normalkraft.
3) Jetzt drücken Sie die Kiste mit einer Kraft von 40.0 N hinunter. Bestimmen Sie die Normalkraft, die auf die Kiste wirkt.
4) Wie gross ist die auf die Kiste wirkende Normalkraft, wenn Sie die Kiste an einer Schnur mit einer Kraft von 40.0 N vertikal nach oben zieht?
1) Das Gewicht der Kiste und die auf sie wirkende Normalkraft ist gleich 98.1 N.
2) Die Normalkraft auf die Kiste ist gleich 138.1 N.
3) Die Normalkraft auf die Kiste ist gleich 58.1 N.
Für einen ausführlichen Lösungsweg schauen Sie sich das folgende Video an:
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Die Newtonschen Axiome Aufgabe mit Reibung
Machen Sie die folgenden Aufgaben. Um die Lösungen zu sehen, klicken Sie auf Lösung. Für einen ausführlicheren Lösungsweg, schauen Sie sich das Lösungsvideo dazu an.
Eine Frau zieht einen beladenen Schlitten mit einer Masse 75 kg mit konstanter Geschwindigkeit über eine horizontale Oberfläche. Der Gleitreibungskoeffizient zwischen den Kufen und dem Schnee ist 0.10 und der Winkel zwischen dem Seil und der Horizontalen 42°. Wie gross ist die vom Seil auf den Schlitten ausgeübte Kraft?
Die vom Seil auf den Schlitten ausgeübte Kraft beträgt 91 N. Für einen ausführlichen Lösungsweg schauen Sie sich folgendes Video an:
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Die Newtonschen Axiome Aufgabe mit schiefer Ebene
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Ein Block gleitet eine schiefen Ebene mit einem Neigungswinkel von 22 Grad hinauf. Seine Anfangsgeschwindigkeit unten am Fuss der Ebene beträgt 3,0m/s. (a) Wieweit bewegt er sich die Ebene hoch? (b)Wie viel Zeit vergeht, bis er in seine Ausgangsposition zurückkehrt? Rechnen Sie mit einem Gleitreibungskoeffizient von 0,17.
(a) Er bewegt sich 86 cm hoch. (b) Bis er zur Anfangspostion zurück gekehrt ist, vergehen 1.57 s. Für einen ausführlichen Lösungsweg schauen Sie sich folgendes Video an:
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Die Newtonschen Axiome Aufgabe mit Zwei-Massen-an-einem-Seil (Atwoodsche Fallmaschine)
Machen Sie die folgenden Aufgaben. Um die Lösungen zu sehen, klicken Sie auf Lösung. Für einen ausführlicheren Lösungsweg, schauen Sie sich das Lösungsvideo dazu an.
Ein Block (Masse 1 kg) auf einer glatten, horizontalen Fläche. Der Block ist mittels eines dünnen Seils, das über eine Rolle läuft, mit einem zweiten Block (Masse 0.5 kg), der senkrecht nach unten hängt, verbunden. Bestimmen Sie die Beschleunigung der beiden Massen und die Zugkraft in dem Seil. Vernachlässigen Sie die Reibung und die Massen der Rolle und des Seils.
(a) Die Beschleunigung ist 3.27 m/s2 und die Zugkraft im Seil 3.27 N. Für einen ausführlichen Lösungsweg schauen Sie sich folgendes Video an:
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Die Newtonschen Axiome Aufgaben mit gleichförmiger Kreisbewegung
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- Eine Kugel ist an einem Seil befestigt und kann reibungsfrei auf einem Tisch rollen. Berechnen Sie die Seilkraft auf die Kugel, die es braucht, damit die Kugel eine horizontale Kreisbahn mit einem Radius von 60.0 cm ausführen kann. Die Kugel hat eine Masse von 150 g. Die Kugel macht zwei Umdrehungen pro Sekunde auf dem Tisch.
- Jetzt wird die Kugel vom Tisch gelöst und die Schnur wird mit der Hand gehalten. Die Schnur beschreibt einen Kegel mit dem Öffnungswinkel von 22 °. Die Länge der Schnur beträgt immer noch 60.0 cm. Berechnen Sie die Geschwindigkeit der Kugel.
- Jetzt wird die Kugel auf einer vertikalen Kreisbahn geschwungen.(a) Bestimmen Sie die Mindestgeschwindigkeit, die die Kugel im höchsten Punkt des Kreisbogens haben muss, damit sie sich weiter auf einer Kreisbahn bewegt und (b) die Zugkraft in der Schnur im tiefsten Punkt des Kreisbogens, wenn die Kugel sich mit der zweifachen Geschwindigkeit aus (a) bewegt.
(1) Die Seilkraft ist gleich 14.2 N. (2) Die Geschwindigkeit beträgt 0.94 m/s. (3) (a) Die Mindestgeschwindigkeit beträgt 2.43 m/s und (b) die Seilkraft ist gleich 7.36 N. Für einen ausführlichen Lösungsweg schauen Sie sich folgendes Video an:
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Die Newtonschen Axiome Aufgaben mit einem beschleunigten Bezugssystem
Machen Sie die folgenden Aufgaben. Um die Lösungen zu sehen, klicken Sie auf Lösung. Für einen ausführlicheren Lösungsweg, schauen Sie sich das Lösungsvideo dazu an.
Eine Person der Masse 72.2 kg, stellt sich in einem Aufzug auf die Waage. Bestimmen Sie einen allgemeinen Ausdruck für die Anzeige der Waage, der für alle Bewegungen des Aufzugs gültig ist. Was zeigt die Waage an, wenn der Aufzug steht, bzw. sich mit konstanter Geschwindigkeit 0.50 m/s nach oben bewegt. Wie lautet die Anzeige, wenn die Beschleunigung des Aufzugs mit 3.20 m/s2 nach oben gerichtet, bzw. mit 3.20 m/s2 nach unten gerichtet ist? Wie gross ist der Betrag der resultierenden Kraft, die während der Aufwärtsbewegung auf die Person wirkt? Wie gross ist dabei der Betrag der Beschleunigung der Person relativ zum Boden des Aufzugs? Gilt im beschleunigten System auch Fres=ma?
Wenn der Aufzug stillsteht oder sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, zeigt die Waage 708.3 N an. Für den Fall, wo die Beschleunigung des Aufzugs nach oben gerichtet ist, zeigt die Waage 939.3 N und für den Fall, wo der die Beschleunigung des Aufzugs nach unten gerichtet ist, zeigt sie 477.2 N an. Die Gewichtskraft, die auf die Person im Aufzug wirkt, ist immer gleich 708.3 N. Die Beschleunigung der Person relativ zum Bezugssystem des Aufzugs ist null. Das zweite Newtonsche Gesetz gilt nicht im Aufzug, weil das Bezugssystem beschleunigt ist. Der Aufzug ist kein Inertialsystem ist, er ist beschleunigt. Newtons Gesetze gelten nur in Inertialsystemen.
Für einen ausführlichen Lösungsweg schauen Sie sich folgendes Video an:
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