0.0.1 ↑ Die Grundgleichung der Mechanik
Wovon hängt die erzielte Beschleunigung ab?
0.0.1.1 ↑ Untersuchung, Teil 1
Zusammenhang zwischen Kraft und Beschleunigung bei konstanter Masse
Wir messen den Weg x vom Start zur Lichtschranke und die benötigte Zeit t. a ergibt sich aus x = \frac{1}{2}at^2; \Longrightarrow a = \frac{2x}{t^2};
Messung: x = 75,0cm;
\frac{t}{\mathrm{s}} | \frac{F}{g \cdot \mathrm{kg}} | \frac{a}{\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}} | \frac{\frac{F}{a}}{\frac{Ns^2}{m}} |
---|---|---|---|
2,\!95 | 0,\!002 | 0,\!172 | 0,\!114 |
2,\!05 | 0,\!004 | 0,\!357 | 0,\!109 |
1,\!67 | 0,\!006 | 0,\!538 | 0,\!109 |
1,\!45 | 0,\!008 | 0,\!713 | 0,\!110 |
Diagramm:
⇒ Ergebnis: a \sim F;
0.0.1.2 ↑ Untersuchung, Teil 2
Zusammenhang zwischen Mssage und Beschleunigung bei konstanter Zugkraft
Messung:
\frac{m}{\mathrm{kg}} | \frac{a}{\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}} | \frac{m \cdot a}{\mathrm{kg} \cdot \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}} | \frac{k}{\frac{\mathrm{N}}{\mathrm{kg}\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}}} |
---|---|---|---|
0,\!1003 | 0,\!635 | 0,\!0637 | 1,\!07 |
0,\!2003 | 0,\!328 | 0,\!0657 | 1,\!05 |
0,\!2503 | 0,\!264 | 0,\!0661 | 1,\!04 |
0,\!3003 | 0,\!222 | 0,\!0667 | 1,\!03 |
0,\!3503 | 0,\!191 | 0,\!0664 | 1,\!03 |
⇒ a \sim \frac{1}{m};
0.0.1.3 ↑ Zusammenfassung
{} \left.\begin{array}{l} {} a \sim F; \\ {} a \sim \frac{1}{m}; {} \end{array}\right\} \Longrightarrow a \sim \frac{F}{m}; \Longrightarrow \\ {} F \sim am; \Longrightarrow \\ {} F = k \dot ma; \Longrightarrow \\ {} k = \frac{F}{m \cdot a}; >
Im Experiment: F = 0,\!00700\mathrm{kg} \cdot 9,\!81\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2} = 0,687\mathrm{N};
Das Experiment liefert: k \approx 1,\!05 \frac{\mathrm{N}}{\mathrm{kg} \cdot \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}};
Die Krafteinheit 1 \mathrm{N} wurde so festgelegt, dass k = 1 ist.
⇒ Grundgleichung der Mechanik:
F = m \cdot a;
Ein Newton ist die Kraft, die einen Körper der Masse 1 \mathrm{kg} die Beschleunigung 1 \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2} erteilt.
Einheit der Kraft: 1 \mathrm{N} = 1 \mathrm{kg} \frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2};
Bemerkung:
a > 0; ⇒ F ist in Bewegungsrichtung;
a < 0; ⇒ F wirkt gegen die Bewegungsrichtung;