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Aufgabe

Klotz am Tisch

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Skizze zur Aufgabe

Von einem Klotz der Masse \({{m_1} = 300\,{\rm{g}}}\) führt eine Schnur über eine Rolle zu einer Masse \({{m_2} = 200{\rm{g}}}\). Die Gleitreibungszahl sei \({{\mu _{{\rm{GR}}}} = 0{,}40}\).

Berechne die Beschleunigung, die \({m_1}\) und \({m_2}\) erfährt.

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Die gesamte Kraft, die auf die Anordung der beiden Massen wirkt, ist die Differenz aus der nach unten gerichteten und durch das Seil verlängerte und die Rolle umgelenkte und damit nach links zeigende Gewichtskraft \({\vec F_{{\rm{G,2}}}}\) und der nach rechts gerichteten Gleitreibungskraft \({\vec F_{{\rm{GR,1}}}}\). Somit gilt\[{F_{{\rm{ges}}}} = {F_{{\rm{G}}{\rm{,2}}}} - {F_{{\rm{GR}}{\rm{,1}}}}\]In Bewegung versetzt werden beide Massen, also gilt\[{m_{{\rm{ges}}}} = {m_1} + {m_2}\] Damit ergibt sich nach dem 2. Axiom von NEWTON\[{F_{{\rm{ges}}}} = {m_{{\rm{ges}}}} \cdot a \Leftrightarrow a = \frac{{{F_{{\rm{ges}}}}}}{{{m_{{\rm{ges}}}}}} = \frac{{{F_{{\rm{G}}{\rm{,2}}}} - {F_{{\rm{GR}}{\rm{,1}}}}}}{{{m_1} + {m_2}}} = \frac{{{m_2} \cdot g - {m_1} \cdot g \cdot {\mu _{{\rm{GR}}}}}}{{{m_1} + {m_2}}}\]Einsetzen der gegebenen Werte liefert\[a = \frac{{0{,}200\,{\rm{kg}} \cdot 9{,}81\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{kg}}}} - 0{,}300\,{\rm{kg}} \cdot 9{,}81\,\frac{{\rm{N}}}{{{\rm{kg}}}} \cdot 0{,}40}}{{0{,}300\,{\rm{kg}} + 0{,}200\,{\rm{kg}}}} = 1{,}6\,\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^2}}}\]

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Kraft und Bewegungsänderung