4 Beispiele für Fragen zur Zentripetalkraft
1. Ein Objekt mit einer Masse von 200 Gramm ist an einem leichten Seil befestigt und wird, wie in der folgenden Abbildung dargestellt, mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit von 5 rad/s horizontal rotiert . Wenn die Seillänge l = 60 cm beträgt, ist die Größe der auf das Objekt wirkenden Zentripetalkraft …
A. 0,3 N
B. 0,6 N
C. 3 N
D. 6 N
E. 30 N
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Masse des Objekts (m) = 200 Gramm = 200/1000 kg = 2/10 kg = 0,2 kg
Winkelgeschwindigkeit (ω) = 5 Radiant/Sekunde
Seillänge = Radius (r) der Kreisbahn = 60 cm = 60/100 Meter = 0,6 Meter
Frage: Die Größe der auf einen Körper wirkenden Zentripetalkraft beträgt….
Antwort:
Die Zentripetalkraft ist die resultierende Kraft, die bei einem Objekt eine Zentripetalbeschleunigung bewirkt. Die Formel für die Zentripetalkraft lautet:
∑ F = ma s
∑ F = mv 2 /r = m ω 2 r
Beschreibung: ∑ F = Zentripetalkraft, m = Masse des Objekts, v = Tangentialgeschwindigkeit, ω = Winkelgeschwindigkeit, r = Radius der Kreisbahn.
∑ F = m ω 2 r = (0,2)(5) 2 (0,6) = (0,2)(25)(0,6) = 3 Newton
Die richtige Antwort ist C.
2. Ein Schüler lässt einen an einem Faden befestigten Stein rotieren. Der Stein rotiert horizontal, wie oben abgebildet. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit des Steins verdoppelt wird, beträgt die Zentripetalkraft...
A. 6-mal so groß wie das Original
B. 5 Mal erneut
C. 4-fache Originalmenge
D. 2 Mal erneut
E. 2-fache Originalmenge
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Masse des Steins = m
Geschwindigkeit des Steins = v
Seillänge = Radius = r
Frage: Wenn die Geschwindigkeit verdoppelt wird, wird die Zentripetalkraft...
Antwort:
Verdoppelt sich die Geschwindigkeit, so ergibt sich folgende Zentripetalkraft:
Die Zentripetalkraft vervierfacht sich.
Die richtige Antwort ist C.
3. Eine Kurve auf ebener Straße ist so ausgelegt, dass ein Auto sie mit einer Höchstgeschwindigkeit von 10 m/ s durchfahren kann . Der Reibungskoeffizient zwischen Reifen und Straße beträgt 0,5 und der Krümmungsradius der Straße ist R m. Dann ist der Wert von R … (g = 10 m/ s² ).
A. 7,5 Meter
B. 8,0 Meter
C. 10 Meter
D. 15 Meter
E. 20 Meter
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Geschwindigkeit (v) = 10 m/s
Der Reibungskoeffizient zwischen Reifen und Straße (μ s ) = 0,5
Erdbeschleunigung (g) = 10 m/ s²
Frage: Krümmungsradius der Straße (R Meter)
Antwort:
Die einzige resultierende horizontale Kraft, die beim Abbiegen auf ein Auto wirkt, ist die Haftreibung . Die Formel für die Haftreibung lautet:
4. Das Auto fährt in einer Kurve an Position M, wie im Bild unten dargestellt.
Der Haftreibungskoeffizient zwischen den Rädern und der Straße beträgt 0,4 (Erdbeschleunigung 10 m/s² ) . Um zu verhindern, dass das Auto die Strecke verlässt, ist eine Höchstgeschwindigkeit von … zulässig.
A. √10ms-1
B. 2 √ 10 ms -1
C. 4 √ 10 ms -1
D. 5 √ 10 ms -1
E. 6 √ 10 ms -1
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Statischer Reibungskoeffizient (μ s ) = 0,4
Erdbeschleunigung (g) = 10 m/ s²
Krümmungsradius (R) = 40 Meter
Gefragt: Höchstgeschwindigkeit (v)
Antwort:
Newtons zweites Bewegungsgesetz bei gleichförmiger Kreisbewegung
Information :
ΣF = Zentripetalkraft = resultierende Kraft = Gesamtkraft, m = Masse des Objekts, a s = Zentripetalbeschleunigung, v = lineare Geschwindigkeit, R = Krümmungsradius
Zentripetalkraft
Die Zentripetalkraft ist die resultierende Kraft, die zum Mittelpunkt einer Kreisbahn gerichtet ist. Wenn sich ein Auto im Kreis bewegt, ist die einzige zum Mittelpunkt gerichtete Kraft die Haftreibung; daher ist die Haftreibung eine Zentripetalkraft.
Formel für die statische Reibungskraft:
Information :
μ s = Haftreibungskoeffizient, w = Gewicht des Objekts, m = Masse des Objekts, g = Erdbeschleunigung.
Berechnen Sie die Höchstgeschwindigkeit (v):
Die richtige Antwort ist C.
Fragequelle:
Physikfragen für die nationale Prüfung an weiterführenden Schulen/Berufsschulen
