Direkt zum Inhalt

Aufgabe

Kräfte auf einen Skifahrer am Hang

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

 

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Skifahrer am Hang

Ein Skifahrer am Hang erfährt die sogenannte Hangabtriebskraft, die ihn den Hang hinab beschleunigt.

Erläutere mit Hilfe einer Skizze, wie man die Richtung und den Betrag dieser Hangabtriebskraft zeichnerisch bestimmen kann.

Lösung einblendenLösung verstecken Lösung einblendenLösung verstecken

Variante 1

Abb. 2 Erste Variante zur Bestimmung der resultierenden Kraft auf einen Skifahrer am Hang

Die folgenden Schritte beziehen sich auf die Animation in in Abb. 2.

Schritt 1: Auf den Skifahrer wirkt die Gewichtskraft (rot).

Schritt 2: Diese Gewichtskraft kann man in zwei Teilkräfte (Komponenten) zerlegen, eine Komponente parallel zum Hang und eine Komponente senkrecht zum Hang (beide grün).

Schritt 3: Diese beiden Komponenten "ersetzen" also die Gewichtskraft.

Schritt 4: Die Komponente senkrecht zum Hang wird durch die gegengleiche Bodenkraft (blau) kompensiert.

Schritt 5: Es bleibt nur noch die Komponente parallel zum Hang zur Beschleunigung übrig - dies ist die Hangabtriebskraft.

Variante 2

Abb. 3 Zweite Variante zur Bestimmung der resultierenden Kraft auf einen Skifahrer am Hang

Die folgenden Schritte beziehen sich auf die Animation in in Abb. 3.

Schritt 1: Auf den Skifahrer wirkt zum einen die Gewichtskraft (rot).

Schritt 2: Auf den Skifahrer wirkt zum anderen die Bodenkraft des Untergrunds senkrecht zum Boden (blau).

Schritt 3: Diese Bodenkraft hat den gleichen Betrag wie die Komponente der Gewichtskraft senkrecht zum Boden, aber antgegengesetzte Richtung. Man erhält also den Betrag der Bodenkraft, indem man die Gewichtskraft in zwei Teilkräfte (Komponenten) zerlegt, eine Komponente parallel zum Hang und eine Komponente senkrecht zum Hang (beide grün).

Schritt 4: Auf den Skifahrer wirken also zwei äußere Kräfte: Die Gewichtskraft und die Bodenkraft.

Schritt 5: Die Gesamtkraft auf den Skifahrer erhält man durch Kräfteaddition dieser beiden Kräfte.

Schritt 6: Die Summe dieser beiden Kräfte (gelb) beschleunigt den Skifahrer - dies ist die Hangabtriebskraft.

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Kräfteaddition und -zerlegung