Dynamik

Newtonsche Gesetze, Gewicht, Reibung, schiefe Ebene

Sehr prüfungsrelevantca. 50 Min.Adaptiver Trainer

Auf einen Blick

Im Stillstand heben sich Seilkraft und Gewicht auf.

Nach dieser Lektion

✓
Du zeichnest alle Kräfte auf einen Körper ein (Kräfteplan).
✓
Du wendest $F_{r es} = m a$ an.
✓
Du rechnest mit Reibung und an der schiefen Ebene.

An der Prüfung: Die Physik-Prüfung dauert 80 Minuten (Formelsammlung erlaubt, g = 10 m/s² zulässig). Dieses Gebiet ist in praktisch jeder Serie dabei.

Schritt 2

Entdecken

Spiel zuerst. Formeln ergeben mehr Sinn, wenn du schon gesehen hast, was sie tun.

Kiste 10 kg, $g = 10 m/s^{2}$ . Die Pfeillänge zeigt die Kraft.

Neigung

α

20°Reibzahl

μ

0,4

$F_{H}$

34,2N

$F_{N}$

94N

$a$

0m/s²

Bleibt liegen: $F_{H} \leq μ F_{N}$ . Die Reibung hält die Kiste.
Grenzwinkel: $tan α = μ$ , also $α \approx 21, 8^{\circ}$ .

Aufträge

0 von 3 geschafft

Stelle $μ = 0, 5$ ein. Finde den kleinsten Winkel, bei dem die Kiste rutscht.
(offen)
Glatte Rampe ( $μ = 0$ ) bei $30°$ : Lies $a$ ab. Vergleiche mit $g$ .
(offen)
Finde einen Winkel über $45°$ , bei dem die Kiste noch liegen bleibt.
(offen)

Entdecke:

Ob die Kiste liegen bleibt, hängt nur von $α$ und $μ$ ab, nicht von der Masse: Sie kürzt sich weg. Vereinfachung: Haft- und Gleitreibung haben hier dieselbe Reibzahl $μ$ .

Schritt 3

Verstehen

Das Wichtigste auf einen Blick.

1Die drei Gesetze

F_{r es} = m a

Gesetz		Aussage
$1. Tr a ¨ gheit$	→	$F_{r es} = 0 \Rightarrow v = konstant$
$2. Grundgesetz$	→	$F_{r es} = m a$
$3. Wechselwirkung$	→	$F_{A B} = - F_{B A}$

MerkeActio und Reactio greifen an verschiedenen Körpern an.

2Typische Kräfte

Kraft		Formel
$Gewicht$	→	$F_{G} = m g$
$Normalkraft$	→	$F_{N} ⊥ Unterlage$
$Reibung$	→	$F_{R} = μ F_{N}$
$Feder$	→	$F = D x$

Masse in $kg$ , Kraft in $N$ : $1 kg$ wiegt etwa $10 N$ .

MerkeGewicht ist eine Kraft, Masse nicht.

3Schiefe Ebene

F_{H} = m g sin α, F_{N} = m g cos α

$F_{H}$ zieht parallel zum Hang, $F_{N}$ steht senkrecht darauf.
Je steiler, desto grösser $F_{H}$ und desto kleiner $F_{N}$ .

$10 kg$ auf $30°$ : Gewicht $F_{G} = 100 N$ .

MerkeMit Reibung:

F_{N} = m g cos α

, nicht

m g

4Vorgehen

\sum F = m a

1. Körper isolieren und alle Kräfte einzeichnen.
2. Richtung festlegen: Kräfte in Bewegungsrichtung positiv.
3. $F_{r es} = m a$ aufstellen und lösen.

MerkeDer Kräfteplan kommt vor der Rechnung.

Schritt 4

Musterbeispiel

Deck Schritt für Schritt auf und überlege dir jeden Schritt zuerst selbst.

Musterbeispiel

Eine Liftkabine (mit Personen 800 kg) fährt mit 1, 5 m/s^{2} beschleunigt nach oben. Wie gross ist die Seilkraft? Was zeigt eine Personenwaage in der Kabine für eine Person mit 60 kg ? (g = 10 m/s^{2})

Lift $800 kg$ , beschleunigt nach oben mit $a = 1, 5 m/s^{2}$ .

1
Kräfte
Überlege zuerst selbst: Wie würdest du diesen Schritt machen?
2
Newton 2
…
3
Die Waage
…

Typische Fehler

✗
Bei Reibung $F_{N} = m g$ setzen, auch wenn die Unterlage geneigt ist.
✗
Die resultierende Kraft mit einer einzelnen Kraft verwechseln.
✗
Masse (kg) und Gewicht (N) verwechseln.

Prüfungstipp

Zeichne zu jeder Dynamik-Aufgabe einen Kräfteplan, auch wenn er nicht verlangt ist. Er strukturiert deine Lösung und zeigt dem Korrektor, dass du die Situation verstanden hast.

Schritt 5

Üben

Unendlich viele Aufgaben. Nach drei richtigen in Folge wird es schwerer, bei Fehlern wieder leichter. Hinweise bekommst du schrittweise, nicht sofort die ganze Lösung.

Schritt 6

Prüfungsniveau

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1 Aufgabe auf Prüfungsniveau

Schlitten schräg ziehen

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Danach: echte Prüfungen im Prüfungsarchiv.

Selbstcheck: Wie sicher bist du?

Sei ehrlich zu dir. Nur so zeigen wir dir, was du als Nächstes üben solltest.

Du zeichnest alle Kräfte auf einen Körper ein (Kräfteplan).
Du wendest $F_{r es} = m a$ an.
Du rechnest mit Reibung und an der schiefen Ebene.

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