Arbeit - Goldene Regel der Mechanik

[pilot251]

Eine 500 kg schwere Kiste wird auf die 100cm hohe Ladefläche eines LKWs über einen 5m langen geneigten Rollengang hochgezogen. Der Rollengang hat eine Rollwiderstandszahl von 0,05.
Welche mechanische Arbeit wird beim Hochziehen verrichtet?

Lsg: W=6,1kJ

Ich habe da einfach die Arbeitsformel W=F*s (Kraft mal Weg) angewandt aufgrund folgender Ãœberlegung.

Da laut der goldenen Regel der Mechanik, die da lautet: ...

Durch mechanische Hilfe, ein Bauteil oder eine Maschine, kann keine Arbeit gespart werden. Was an Kraft gespart wird, muss an Weg zugegeben werden.

... keine Arbeit eingespart werden kann, müsste doch genau so viel Arbeit verrichtet werden, wie wenn ich (Herkules) die Kiste (500kg) einfach hochhebe, oder nicht?

Jedoch kommt bei der Berechnung mit W=F*s offensichtlich etwas anderes raus. Irgendwie müsste man halt noch die Rollwiderstandszahl einberechnen. Aber wie?
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When everything seems to be going against you, remember that the airplane takes off against the wind, not with it. (Henry Ford)

[hallo2]

ja hast Recht mit deinem Ansatz

du musst dann nur noch den Rollenwiderstand einbeziehen: 0,05 bedeutet letztendlich das du 5% mehr Energie brauchst

W=9,81m/sec²*500KG*1m=4905J


so das ist die reine Energie zum heben

4905J*0,05=245J
das geht aber nur auf der gegebenen Strecke an Energie zusätzlich drauf (1 Meter) die Rampe ist ja 5 Meter lang also musst du das einfach mit 5 multiplizieren.

245J*5+4905J=6130J

[pilot251]

Super, alles klar. Hallo2, Du hast da ja echt voll den Durchblick. Sag mal, wenn Du so eine Aufgabe siehst, ich denke da jetzt auch an all die anderen, die Du so souverän gelöst hast,
hast Du da gleich die entsprechende Formel im Kopf und kannst es lösen oder schlägst Du da erst nach?
Hast etwas in Richtung Physik studiert?
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[hallo2]

also die Grundformeln weiß ich so, zumindest die, die hier für die meisten Aufgaben gebraucht werden
also, Kraft, Weg Geschwindigkeit, Beschleunigung, Arbeit, Energie

der Rest ist dann eigentlich nur Überlegung. Ich kenne keine Formel in der direkt der Weg und der Rollwiderstand vorkommt. Wenn man aber weiß worum es jeweils geht kann man sich meistens selbst herleiten was man rechnen muss
ne Physik habe ich nicht studiert ich bin aber auch erst 20
wobei ich wahrscheinlich im Wintersemester damit anfangen werde, da ich die Lufthansa ja nicht wollte

[pilot251]

Interessant... dann wirst Du die Fliegerei jetzt erstmal hinter Dir lassen?

Zurück zum Thema:
Dass die zusätzliche Arbeit (durch denn Rollwiderstand) dann zu der reinen Arbeit addiert wird, ist klar. Woher weiß ich aber, dass ich die 5m mit den 245N multiplizieren muss und nicht mit den 4905N?
Ich habe das voher auch gemacht, allerdings habe ich die 4905N mit den 5m multipliziert, gemäß W=F*s.
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[hallo2]

die 4905J sind die Energie die du brauchst um die Kiste um einen Meter anzuheben, egal wie lang deine Rampe ist (unter der Bedingung das keine Reibung auftritt)
diese Energie hat somit nicht mit der Rampe ansich zu tun
bei der Rampe geht es jetzt halt nur um die Energie die durch die Reibung zusätzlich benötigt wird und das ist eben 4905*0,05 pro Meter Rampe

[pilot251]

alles klar... habs jetzt voll und ganz geblickt. Danke.
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[Captain Michael]

Jupp, geht hier schön auf weil der Winkel der Rampe recht klein ist und somit die Normalkraft und die Gewichtskraft sehr ähnlich sind. Die Reibungszahl ist aber bezogen auf die Normalkraft, also cos (alpha)*F(Gewichtskraft).
Dann sind 0,05*F(Normalkraft)=240N Reibungsgegenkraft, nicht 245N.
Auf fünf Meter ist dann das Ergebnis 6106J.
Für 30° Rampenwinkel hätte das dann schon eine deutlichere Auswirkung, also Reibungskraft immer aus der Normalkraft*Reibungszahl berechnen.

[hallo2]

ja bei größeren Winkeln muss man das machen aber bei den Bereichen kann man das noch ohne die Winkelfunktionen rechnen (vor allem wenn kein Taschenrechner zur Hand ist)

[O.B.]

Kurze Frage:

Ist diese Aufgabe so typisch für die BU, oder wegen der Reibungszahl und der schiefen Ebene (auch wenn sie hier ja eigentlich kaum eine Rolle spielt) eigentlich "zu schwer"?

Hätte eher gedacht, dass es immer um Aufgaben geht, bei denen man nur die bekannten Grundformeln anwenden muss.... bei der schiefen Ebene muss man ja schon in gewisser Weise anfangen nachzudenken...

[robson ponte]

@ O.B.

Du musst zwar meistens keine Werte ausrechnen, aber das Prinzip und die Formeln solltest du schon verstehen.

Ich hatte 1-2 Aufgaben in der BU, welcher deiner ähnelten. Wie gesagt, Werte muss man generell selten ausrechnen, aber du solltest wissen, auf was es bei solchen aufgaben ankommt. Genauer kann ich dir leider nichts sagen ... schau dir einfach schiefe ebenen schon gut an, so viel isses ja nicht

[O.B.]

Wie wird mein Wissen denn abgeprüft, wenn ich keine Werte ausrechnen soll? Muss ich dann lediglich die Formeln für die Lösung aufstellen?
Der Physiktest ist doch auch P&P wie Mathe, oder ?