• Reibungskräfte Übungen
  • schreibeLehmann
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  • 11.01.2019
  • Allgemeine Hochschulreife
  • Physik
  • 10, 9
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Hinweis zum Einsatz im Unterricht

  • https://www.tutory.de/w/ec0494e0

    REIBUNGSKRÄFTE - ÜBUNGEN (A)

    Hinweise

    -Nutzen Sie die von der Lehrkraft bereitgestellten Reibungszahlen!

    -In dieser Übung kann immer angenommen werden, dass gilt:  FN=FG=mg\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} \ F_N=F_G=m \cdot g

    Entscheiden Sie, ob die Aussagen wahr (W) oder falsch (F) sind. Kreuzen Sie an!

    W

    F

    Die Haftkraft wirkt immer entgegen der Zugkraft.

    Je größer die Kontaktfläche der Körper, desto größer die Haftkraft.

    Die Gleitreibungskraft hängt nur von den Materialien der Oberflächen und von der Normalkraft ab.

    Die Gleitreibungskraft ist immer größer als die Haftkraft.

    Wenn sich ein Körper rollend fortbewegt, ist die Reibungskraft größer als wenn er gleitet.

    1
    Ein Motorradfahrer (mFahrer=76kg)\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} ( m_{Fahrer} = 76 \, \textrm{kg}) hat sich eine neue Schutzausrüstung (mKlamotten=10kg)\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} (m_{Klamotten}=10 \, \textrm{kg}) zugelegt. Sein Motorrad besitzt eine Masse von mMotorrad=198kg\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} m_{Motorrad}=198 \, \textrm{kg}.
    • Der Motorradfahrer fährt mit seinem Motorrad inklusive seiner Schutzaufrüstung auf eine PKW-
      Waage. Welchen Wert zeigt diese an?
    • Berechnen Sie die Rollreibungskraft, wenn der Motorradfahrer auf trockenem Asphalt fährt.
    • Die Kinder des Motorradfahrers schlagen eine Wette vor: Sie wetten, dass ihr Vater es nicht
      schafft, dass Motorrad mit blockierten Reifen über die Straße zu schieben. Der Motorradfahrer
      geht auf die Wette ein. Allerdings kippt er schnell - ohne die Anwesenheit seiner Kinder - einen
      großen Eimer Wasser auf die Straße. Berechnen Sie die Haftkraft, die er überwinden muss, um
      das Motorrad in Bewegung zu versetzen. Wie viel Kraft spart er durch seinen Betrug mit dem
      Wasser ein?
    • Der Motorradfahrer hat die Wette gewonnen und schiebt sein Motorrad mit blockierten Reifen
      über die Straße. Um wie viel Prozent wird das Schieben nun schwerer, wenn er den nassen Stra-
      ßenbereich verlässt und auf der trockenen Asphaltstraße weiter schiebt?
    2
    Ein Bauer findet ein großes Stück Metall (m=48kg)\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} (m=48 \, \textrm{kg}) auf seinem Acker. Er möchte nun herausfinden, um welches Metall es sich handelt. Dabei kommt ihm eine Idee: Während er es auf seinen aus Holz gebauten Anhänger schleift, befestigt er einen starken Kraftmesser am Metall. Anschließend zieht er es noch ein Stück auf seinem Anhänger (Holz). Der Kraftmesser zeigt beim konstanten Ziehen einen Wert von FReibung=362,58N\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} F_{Reibung}=362{,}58 \,\textrm{N} an.
    Welches Metall hat der Bauer gefunden?
  • https://www.tutory.de/w/ec0494e0

    REIBUNGSKRÄFTE - ÜBUNGEN (B)

    Hinweise

    -Nutzen Sie die von der Lehrkraft bereitgestellten Reibungszahlen!

    -In dieser Übung kann immer angenommen werden, dass gilt:  FN=FG=mg\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} \ F_N=F_G=m \cdot g

    Entscheiden Sie, ob die Aussagen wahr (W) oder falsch (F) sind. Kreuzen Sie an!

    W

    F

    Die Haftkraft wirkt immer entgegen der Zugkraft.

    Je größer die Kontaktfläche der Körper, desto größer die Haftkraft.

    Wenn sich ein Körper rollend fortbewegt, ist die Reibungskraft größer als wenn er gleitet.

    Die Gleitreibungskraft ist immer kleiner als die Haftkraft.

    Die Gleitreibungskraft hängt nur von den Materialien der Oberflächen und von der Normalkraft ab.

    3
    Eine Motorradfahrerin (mFahrer=58kg)\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} ( m_{Fahrer} = 58 \, \textrm{kg}) hat sich eine neue Schutzausrüstung (mKlamotten=10kg)\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} (m_{Klamotten}=10 \, \textrm{kg}) zugelegt. Ihr Motorrad besitzt eine Masse von mMotorrad=177kg\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} m_{Motorrad}=177 \, \textrm{kg}.
    • Die Motorradfahrerin fährt mit ihrem Motorrad inklusive ihrer Schutzaufrüstung auf eine PKW-
      Waage. Welchen Wert zeigt diese an?
    • Berechnen Sie die Rollreibungskraft, wenn die Motorradfahrerin auf trockenem Asphalt fährt.
    • Die Kinder der Motorradfahrerin schlagen eine Wette vor: Sie wetten, dass ihre Mutter es nicht
      schafft, dass Motorrad mit blockierten Reifen über die Straße zu schieben. Die Motorradfahrerin
      geht auf die Wette ein. Allerdings kippt sie schnell - ohne die Anwesenheit ihrer Kinder - einen
      großen Eimer Wasser auf die Straße. Berechnen Sie die Haftkraft, die sie überwinden muss, um
      das Motorrad in Bewegung zu versetzen. Wie viel Kraft spart sie durch ihren Betrug mit dem
      Wasser ein?
    • Die Motorradfahrerin hat die Wette gewonnen und schiebt ihr Motorrad mit blockierten Reifen
      über die Straße. Um wie viel Prozent wird das Schieben nun schwerer, wenn sie den nassen Stra-
      ßenbereich verlässt und auf der trockenen Asphaltstraße weiter schiebt?
    4
    Ein Bauer findet ein großes Stück Metall (m=32kg)\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} (m=32 \, \textrm{kg}) auf seinem Acker. Er möchte nun herausfinden, um welches Metall es sich handelt. Dabei kommt ihm eine Idee: Während er es auf seinen aus Holz gebauten Anhänger schleift, befestigt er einen starken Kraftmesser am Metall. Anschließend zieht er es noch ein Stück auf seinem Anhänger (Holz). Der Kraftmesser zeigt beim konstanten Ziehen einen Wert von FReibung=156,96N\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} F_{Reibung}=156{,}96 \,\textrm{N} an.
    Welches Metall hat der Bauer gefunden?
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    LÖSUNGEN (A) - 1

    LÖSUNGEN TABELLE
    w, f, w, f, f


    LÖSUNGEN 1
    a) mGesamt=mFahrer+mKlamotten+mMotorrad=284kg\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} m_{Gesamt}=m_{Fahrer}+m_{Klamotten}+m_{Motorrad}=\bm{284 \textrm{kg}}
    b) FRollreibung=μRollFN=μRollmg=0,02284kg9,81ms2=55,72N\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} F_{Rollreibung}=\mu_{Roll} \cdot F_N = \mu_{Roll} \cdot m \cdot g = 0{,}02 \cdot 284 \textrm{kg} \cdot 9{,}81 \frac{\textrm{m}}{\textrm{s}^2} =\bm{55{,}72 \textrm{N}}
    c) Achtung - nur Masse von Motorrad!FHaftreibung,nass=μHaft,nassFN=0,5198kgg=971,19NFHaftreibung,trocken=μHaft,trockenFN=0,8198kgg=1553,9NFgespart=ΔF=582,71N\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} \\ F_{Haftreibung,nass}=\mu_{Haft,nass} \cdot F_N = 0{,}5 \cdot 198\textrm{kg} \cdot g = \bm{971{,}19 \textrm{N}} \\ F_{Haftreibung,trocken}=\mu_{Haft,trocken} \cdot F_N = 0{,}8 \cdot 198\textrm{kg} \cdot g = \bm{1553{,}9 \textrm{N}} \\ F_{gespart}=\Delta F = \bm{582{,}71 \textrm{N}}
    d) 0,80,5=1,6\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} \frac{0,8}{0,5} = 1{,}6 \quad \rightarrow \quad Antwort: um 60% schwerer.

    LÖSUNGEN (A) - 2

    FGes=μ m gμ=FGesm g=362,58N48kg9,81Nkg=0,77\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} F_{Ges}=\mu \ m \ g \\ \Rightarrow \quad \mu = \frac{F_{Ges}}{m \ g} = \frac{362{,}58 \textrm{N}}{48\textrm{kg} \cdot 9{,}81 \frac{\textrm{N}}{\textrm{kg}}} =\bm{0{,}77} \\ \Rightarrow \quad Kupfer auf Holz
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    LÖSUNGEN (B) - 3

    LÖSUNGEN TABELLE
    w, f, f, w, w


    LÖSUNGEN 3
    a) mGesamt=mFahrerin+mKlamotten+mMotorrad=245kg\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} m_{Gesamt}=m_{Fahrerin}+m_{Klamotten}+m_{Motorrad}=\bm{245\textrm{kg}}
    b) FRollreibung=μRollFN=μRollmg=0,02245kg9,81ms2=48,07N\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} F_{Rollreibung}=\mu_{Roll} \cdot F_N = \mu_{Roll} \cdot m \cdot g = 0{,}02 \cdot 245 \textrm{kg} \cdot 9{,}81 \frac{\textrm{m}}{\textrm{s}^2} =\bm{48{,}07 \textrm{N}}
    c) Achtung - nur Masse von Motorrad!FHaftreibung,nass=μHaft,nassFN=0,5177kgg=868,19NFHaftreibung,trocken=μHaft,trockenFN=0,8177kgg=1389,1NFgespart=ΔF=520,91N\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} \\ F_{Haftreibung,nass}=\mu_{Haft,nass} \cdot F_N = 0{,}5 \cdot 177\textrm{kg} \cdot g = \bm{868{,}19 \textrm{N}} \\ F_{Haftreibung,trocken}=\mu_{Haft,trocken} \cdot F_N = 0{,}8 \cdot 177\textrm{kg} \cdot g = \bm{1389{,}1 \textrm{N}} \\ F_{gespart}=\Delta F = \bm{520{,}91 \textrm{N}}
    d) 0,80,5=1,6\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} \frac{0,8}{0,5} = 1{,}6 \quad \rightarrow \quad Antwort: um 60% schwerer.

    LÖSUNGEN (B) - 4

    FGes=μ m gμ=FGesm g=156,96N32kg9,81Nkg=12=0,5\gdef\cloze#1{\colorbox{dedede}{\color{transparent}{\large{$\displaystyle #1$}}}} F_{Ges}=\mu \ m \ g \\ \Rightarrow \quad \mu = \frac{F_{Ges}}{m \ g} = \frac{156{,}96 \textrm{N}}{32\textrm{kg} \cdot 9{,}81 \frac{\textrm{N}}{\textrm{kg}}} =\frac{1}{2}=\bm{0{,}5} \\ \Rightarrow \quad Messing auf Holz
  • https://www.tutory.de/w/ec0494e0
    Hinweis für Lehrkräfte

    Die folgende Tabelle sollte den Schülerinnen und Schüler per Beamer/Overhead zur Verfügung gestellt werden.
    Achtung - es handelt sich um fiktive Werte!

    Stoffe

    Haftzahl

    Gleitreibungszahl

    Rollreibungszahl

    Gummi auf Asphalt (trocken)

    0,8

    0,50

    0,02

    Gummi auf Asphalt (nass)

    0,5

    0,30

    -

    Eisen auf Holz

    0,77

    0,69

    -

    Kupfer auf Holz

    0,88

    0,77

    -

    Messing auf Holz

    0,60

    0,50

    -

    Stahl auf Holz

    0,50

    0,40

    -

    Tabelle: Reibungszahlen (fiktiv)