Mithilfe der CK12-Simulation 'Fahrstuhl' kannst du den Zusammenhang zwischen der Beschleunigung des Aufzugs und den wirkenden Kräften im Aufzug genauer untersuchen.
Erklärung der Simulation
Aufgabe
Wenn du die Simulation startest siehst du in der Mitte zwei Kraftpfeile, die im Schwerpunkt der Person im Aufzug angreifen und die zwei Kräfte beschreiben. Auch die Beträge dieser beiden Kräfte werden angezeigt.
Gib an, um welche Kräfte es sich handelt. Tipp: Verändere die Masse der Person und beobachte Pfeillängen und Kraftbeträge.
Erläutere, wodurch die Kräfte verursacht werden.
Stelle in der Simulation die Masse auf \(100\,\rm{kg}\) und die Beschleunigung auf 'Hoch'. Drücke auf den Knopf für den 2. Stock (2) und beobachte die Simulation. Drücke dann wieder auf den Knopf für das Erdgeschoss (0) und beobachte wieder die Simulation.
Während der Bewegung der Person erscheint ein dritter roter Kraftpfeil (dieser greift nur aus Gründen der besseren Übersicht nicht im Schwerpunkt der Person an). Auch der 'Betrag' dieser Kraft wird angezeigt.
Gib an, welche Kraft durch den roten Kraftpfeil dargestellt werden soll.
Aufgabe
Betrag und Richtung der angezeigten resultierende Kraft \(\vec F_{\rm{Net}}\) hängen mit dem jeweiligen Bewegungszustand der Person zusammen.
Vervollständige zur Beschreibung dieses Zusammenhangs die folgende Tabelle.
Bewegungszustand | Richtung von \(\vec F_{\rm{Net}}\) | Betrag \(F_{\rm{Net}}\) |
---|---|---|
Ruhe | ||
\(0\) | ||
Beschleunigung auf dem Weg nach oben | ||
nach unten | ||
\(<0\) | ||
Verzögerung auf dem Weg nach unten |
Tipp: Die verschiedenen Bewegungszustände der Person kannst du im Zeit-Geschwindigkeit-Diagramm im rechten oberen Bereich der Simulation erkennen.
Begründe jeweils mit Hilfe der Axiome von NEWTON die Zusammenhänge zwischen den Bewegungsformen der Person und der jeweils resultierenden Kraft \(\vec F_{\rm{Net}}\).
Erläutere folgende Aussagen.
- Ist die Person in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung, dann ist die Normalkraft betragsmäßig gleich der Gewichtskraft.
- Beschleunigt die Person auf dem Weg nach oben oder verzögert sie auf dem Weg nach unten, dann muss die Normalkraft größer als die Gewichtskraft sein.
- Beschleunigt die Person auf dem Weg nach unten oder verzögert sie auf dem Weg nach oben, dann muss die Normalkraft kleiner als die Gewichtskraft sein.
Erläutere folgende Aussagen:
- Ist die Person in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung, dann zeigt die Waage die korrekte Masse der Person an.
- Beschleunigt die Person auf dem Weg nach oben oder verzögert sie auf dem Weg nach unten, dann zeigt die Waage eine zu große Masse an.
- Beschleunigt die Person auf dem Weg nach unten oder verzögert sie auf dem Weg nach oben, dann zeigt die Waage eine zu kleine Masse an.
Begründe die Aussagen 1-3 der vorherigen Aufgabe rechnerisch.