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Denksport Physik - Mit halbem Wind (S 44/45)

 
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Piotr
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Anmeldungsdatum: 04.03.2008
Beiträge: 21

BeitragVerfasst am: Do Apr 17, 2008 8:35 pm    Titel: Denksport Physik - Mit halbem Wind (S 44/45) Antworten mit Zitat

Hi,
es geht um die obige Beispielaufgabe. Ich verstehe sie nicht, besonders mit dem Satz "Weil das Segel nicht bis auf Windgeschwindigkeit mitkommt, wird es nicht bald durchhängen wie zuvor." kann ich nichts anfangen.
Wenn das Boot schneller als Windgeschwindigkeit ist, dann ist doch ein sehr großer Druck auf dem Segel von vorne oder nicht, sodass das Segel in diesem Moment einen nach hinten drücken müsste, sprich das Boot kann doch nie schneller als der Wind sein.

Eine andere Frage an der Stelle: Wenn das Segel genau einen 45° Winkel zum Boot bilden würde, könnte es dann nur noch max. Windgeschwindigkeit erreichen? Und wenn das Segel mehr dem Boot zu gewendet wird (richtung 0°), dann kann es schneller werden als der Wind? und umgekehrt, also wenn das Segel in Richtung 90° geht, dann wird es langsamer? Wenn das stimmen würde, könnte ich es mir anhand der Grafik erklären, wobei dann wiederum mir nicht ganz klar ist wo der Punkt erreicht wird wo das Boot wieder in Nähe der 0°, also wenn Segel fast parallel zum Boot liegt, plötzlich anfängt langsamer zu werden

Hoffe das kappiert noch jemand, hab es dann doch sehr verwirrend aufgeschrieben, ich hoffe daraus wird jemand schlau Wink

Vielen Dank schonmal!


Gruß Peter
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reik
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Anmeldungsdatum: 25.03.2007
Beiträge: 112
Wohnort: Berlin

BeitragVerfasst am: Fr Apr 18, 2008 8:03 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Grüß dich,
tatsächlich ist deine Frage recht unverständlich, ich versuche sie dennoch zu beantworten ;D
In dem Beispiel "mit halbem Wind" fährt das Boot Senkrecht zum Wind, bzw. der Wind weht seitlich auf das Segel. Beim Beispiel zuvor, wo das Boot sich in Windrichtung bewegt, sinkt die Kraftkomponente des Windes im gleichen Verhältnis wie das Boot schneller wird. Somit kann das Boot nicht die Windgeschwindigkeit erreichen, denn je schneller es wird, desto geringer wird die Kraft, die der Wind auf das Segel ausüben kann. Beim von dir angesprochenen Beispiel kann der Wind unabhängig von der Geschwindigkeit des Bootes Kraft ausüben - das Boot kann sich schneller fortbewegen.
Ich verstehe zwar deine zweite Frage ebenfalls, aber kann sie leider nicht sicher beantworten^^ ich denke mir das 45° optimal ist ... reine Spekulation ... je niedriger der Winkel ist, desto mehr Angriffsfläche ist zwar für den Wind vorhanden, aber ebenso sinkt die Kraftkomponente in Fahrtrichtung und das Boot wird immer mehr zur Seite gedrückt (kippt dann einfach um Razz) - je größer der Winkel, desto geringer wird die Angriffsfläche und es wirkt insgesamt einfach immer weniger Kraft auf das Segel ein (bis 90° dann passiert gar nichts mehr) ... somit scheint 45° zum mindestens rein spekulativ optimal zu sein ... abgesehen davon ist es insgesamt völlig unrealistisch sich das Segel als gerade Fläche vorzustellen - denn ich denke das Segel heutzutage durch besondere Formgebung sicherlich effizienter gestaltet werden konnten und die Kräftezerlegung etwas komplexer wird Razz (häng mich damit ebenfalls aus dem Fenster)

Ich hoffe ich habe beim Mitraten helfen können Wink
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Piotr
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Anmeldungsdatum: 04.03.2008
Beiträge: 21

BeitragVerfasst am: Sa Apr 19, 2008 4:55 pm    Titel: Antworten mit Zitat

"Beim von dir angesprochenen Beispiel kann der Wind unabhängig von der Geschwindigkeit des Bootes Kraft ausüben - das Boot kann sich schneller fortbewegen. "

-> DANKE ERSTMAL!! und nun muss ich gerade mal etwas bohren Wink : inwieweit kann der Wind denn noch Kraft ausüben? für mich ist bei windgeschwindigkeit irgendwie schluss. da liegt auch mein hauptsächliches problem, dass ich nicht verstehe inwiefern der wind da noch einen einfluss hat.

Gruss Peter
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reik
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Anmeldungsdatum: 25.03.2007
Beiträge: 112
Wohnort: Berlin

BeitragVerfasst am: Sa Apr 19, 2008 6:22 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Es ist stets eine Kraftkomponente in Bewegungsrichtung vorhanden .. ich sehe also keinen Grund warum bei Windgeschwindigkeit theoretisch Schluss sein sollte ... das Boot könnte immer weiter beschleunigen wenn nicht Wasser- und Luftwiderstand existierten.
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Piotr
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Anmeldungsdatum: 04.03.2008
Beiträge: 21

BeitragVerfasst am: So Apr 20, 2008 12:31 am    Titel: Antworten mit Zitat

Hi!

mhmmm....sry aber stehe gerade aufm Schlauch. der Wind drückt ja das Segel nach vorne und treibt das Boot dadurch an. würde man die Reibungen außer Acht lassen, dann würde sich das Boot mit Windgeschwindigkeit vorwärts bewegen. Wenn aber das Boot schneller als der Wind ist, dann kann der Wind das Segel garnicht mehr "einholen". So hab ich mir das jedenfalls gedacht.

Gruß Peter
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reik
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Anmeldungsdatum: 25.03.2007
Beiträge: 112
Wohnort: Berlin

BeitragVerfasst am: So Apr 20, 2008 1:54 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Du verwechselst die verschiedenen Beispiele! Einmal fährt das Boot in Windrichtung, das andere Mal senkrecht zu ihr.
Beim ersten Fall hast du recht, "der Wind kann das Boot irgendwann nicht mehr einholen". Beim zweiten Beispiel jedoch weht der Wind Senkrecht und übt die ganze Zeit die selbe Kraft unabhängig der Geschwindigkeit des Bootes und dessen relativer Geschwindigkeit zum Wind aus.

Wir fangen uns jetzt an im Kreis zu drehen Wink Les dir also nochmals die einzelnen Aufgaben durch ..


reik
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Piotr
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Anmeldungsdatum: 04.03.2008
Beiträge: 21

BeitragVerfasst am: Mi Apr 23, 2008 12:55 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Aaaaaaaah, jetzt versteh ich es. Nur noch eine kleine Verständnisfrage:
Das Boot kann nur schneller als der Wind sein, wenn das Segel auch unter den 45° liegt. Bei 45° müsste es (wenn die Reibung außer acht gelassen wird) Windgeschwindigkeit erreichen und bei über 45° langsamer als Windgeschwindigkeit sein.
Nehmen wir mal den Grenzfall mit genau 45°: Der Wind weht die ganze Zeit von oben. Das Boot jedoch wird keine Windkraft mehr erfahren, wenn es schneller als der Wind ist bzw. wenn es so schnell wie der Wind ist. In diesem Fall würde das Segel durchhängen, auch wenn die Windkraft senkrecht auf das Boot auftrifft. Wobei dies ein Spezialfall wäre. Ansonsten würde es, wie gesagt, bei unter 45° schneller werden können, weil der langsamere Wind nach unten hin eine kürzere Strecke zurückzulegen hätte.

Hier mal eine Skizze:



Viele Grüße
Peter
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reik
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Anmeldungsdatum: 25.03.2007
Beiträge: 112
Wohnort: Berlin

BeitragVerfasst am: Mi Apr 23, 2008 3:02 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Ok da dich das Thema Segel nicht mehr loszulassen scheint Wink ... und ich nach deiner Zeichnung mir denke, dass du dir das alles etwas zu einfach vorstellst - habe ich 2 Bilder in Paint zusammengefummelt Razz Des Weiteren ist mir dabei aufgefallen das 45° womöglich doch nicht optimal ist ...

Bild 1



Das Boot fährt Kurs 90°, der Wind kommt aus 360° - weht also Senkrecht zum Boot! Segelstellung ist 45° und ich habe dort für dich mal die Kräfte farbig gekennzeichnet. Du hast deine Hauptkraft F (Abhängig vom Segelwinkel für den wir ja bereits festgestellt haben folgendes gilt: Winkel = 0° = F » maximal und Winkel = 90° = F = 0 = minimal !
Diese Kraft zerlegt sich in F(a)1 und F(a)2 und dann zerlegen wir abermals F(a)2 in die resultierende Vorwärtskraft F(a)r und F(a)wasweißichnich ^^

Bild 2



Ähnliche Situation wie vorher, nur jetzt ist die Segelstellung für ca. 35° mit dabei! Die Kraft die auf das Segel wirkt ist größer (haben wa ja schon festgestellt gehabt) und die Kräftezerlegung folgt ebenso ähnlich wie vorher, wobei sich natürlich alles entsprechend des neuen Segelwinkels verschiebt. Ich weiß nicht ob ichs nur zu schlecht gezeichnet habe (solltest du selbst nochmal zeichnerisch prüfen) aber bei meiner Zeichnung ist der Segelwinkel 35° besser als der Winkel 45°!

So das war ne recht lange Einleitung zur Beantwortung deiner Frage Razz Wenn ich mir das jetzt so alles aufgezeichnet habe, kann das Schiff auch über die Windgeschwindigkeit kommen! Die Kraft auf das Segel bleibt immer die selbe, also wirkt auch immer die Vortriebskraft ... würden wir von Widerständen beliebiger Art absehen, sollte das Schiff immer weiter beschleunigen oder etwa nicht? Wink

Grüße Reik
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