1. Eine Person befindet sich in einem Aufzug, der sich mit konstanter Geschwindigkeit nach oben bewegt . Das Gewicht der Person beträgt 800 N. Unmittelbar nach dem Seilriss reißt das Aufzugseil, und der Aufzug stürzt ab. Bestimmen Sie die Normalkraft, die der Aufzugboden unmittelbar vor und nach dem Seilriss auf die Person ausübt.
A. 800 N und 0
B. 800 N und 800 N
C. 1600 N und 0
D. 1600 N und 800 N
Bekannt:
Gewicht (w) = 800 Newton
Gesucht: Die Normalkraft (N)
Lösung:
Bevor das Seil des Aufzugs reißt
Wenn eine Person im Aufzug steht, wirkt ihr Gewicht nach unten. Da die Person ruht, wirkt zusätzlich eine Normalkraft nach oben, deren Betrag dem Gewicht entspricht.
Da sich die Person im Aufzug in Ruhe befindet und sich der Aufzug mit konstanter Geschwindigkeit bewegt (keine Beschleunigung), sodass keine Nettokraft auf die Person einwirkt.
∑F = 0
N – w = 0
N = w
N = 800 Newton
Nachdem das Seil des Aufzugs gerissen war
Nach dem Reißen des Aufzugseils fallen Aufzug und Person gemeinsam frei. Ihre Beschleunigung entspricht in Betrag und Richtung der Erdbeschleunigung. Auf die Person wirkt keine Normalkraft.
Die richtige Antwort ist A.
2. Ein Block mit einer Masse von 20 Gramm bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einem rauen, horizontalen Boden, wenn eine äußere Kraft von 2 N auf den Block wirkt. Bestimmen Sie die Größe der Reibungskraft, die auf den Block wirkt.
A. 0.3 N
B. 1.4 N
C. 2.0 N
D. 3.6 N
Bekannt:
Masse (m) = 20 Gramm
Kraft (F) = 2 Newton
Gesucht: Die Größe der Reibungskraft, die auf den Block wirkt.
Lösung:
Gemäß Newtons erstem Bewegungsgesetz erfährt ein Block, der sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, keine Beschleunigung. Ein Block bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit und erfährt keine Beschleunigung, wenn:
– Die Größe der Reibungskraft (F <sub>fric</sub> ) ist gleich der Größe der äußeren Kraft (F).
– Die Reibungskraft (F <sub>fric</sub> ) hat die entgegengesetzte Richtung zur äußeren Kraft (F).
Wende das erste Newtonsche Bewegungsgesetz an:
∑ F = 0
F – F Reibung = 0
F = F Reibung
F<sub> Reibung</sub> = 2 Newton
Die richtige Antwort ist C.
3. Eine glatte schiefe Ebene mit einer Länge von 0.6 m und einer Höhe von 0.4 m. Ein Block mit einem Gewicht von 1350 N soll mithilfe der schiefen Ebene nach oben bewegt werden. Bestimmen Sie die Größe der Kraft, die zum Bewegen des Blocks benötigt wird.
A. 100 N
B. 300 N
C. 600 N
D. 900 N
Bekannt:
Gewicht des Blocks (w) = 1350 Newton
hypothetisch = 0.6 m
opp = 0.4 m
Gesucht: Die minimale Einsatzkraft
Lösung:
hypothetisch = ac = 0.6 m
opp = bc = 0.4 m
Sin θ = bc / ac = 0.4 / 0.6 = 4/6 = 2/3
Ausgehend von Newtons erstem Bewegungsgesetz beginnt sich der Block nach oben zu bewegen, wenn die äußere Kraft (F) mindestens gleich der horizontalen Gewichtskomponente (w x ) ist.
∑ F = 0
F – w x = 0
F = w x
Wenn F = w x , dann beginnt sich das Objekt mit konstanter Geschwindigkeit nach oben zu bewegen.
w x = w sin θ = (1350)(2/3) = (2)(450) = 900 Newton
Die richtige Antwort ist D.
4. Drei Kräfte, F₁ = 22 N, F₂ = 18 N und F₃ = 40 N, wirken auf einen Block. Welche Abbildung beschreibt Newtons erstes Gesetz?
Lösung:
Newtons erstes Gesetz: Nettokraft (ΣF) = 0.
A. F₁ + F₂ – F₃ = 22 N + 18 N – 40 N = 40 N – 40 N = 0
B. F 2 + F 3 – F 1 = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (nach rechts)
C. F 2 + F 3 – F 1 = 18 N + 40 N – 22 N = 58 N – 22 N = 36 N (nach rechts)
D. F 1 + F 3 – F 2 = 22 N + 40 N – 18 N = 62 N – 18 N = 44 N (nach links)
