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:
- Die Gewichtskraft
- Masse und Gewicht auf Erde und Mars
- Federdiagramme
- Berechnen der Federkraft
- Lineare und progressive Federn
- Berechnung von Federkombinationen
- Die Reibungskraft
- Ermitteln der Reibungszahl
- Rechenbeispiele zur Reibungskraft
- Reibung im Alltag
- 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
3.5 Lineare und progressive Federn
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.)
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