Schiefe Ebene

Physikusmaximus · Gast

Meine Frage:
Hallo,

ich habe folgende Aufgabe vor mir:
"Welche Kraft muss ein E-Bikemotor mindestens zur Verfügung stellen, damit eine schiefe Ebene mit einem Winkel von 11° ohne Geschwindigkeitsverlust und nur durch Ausgleich durch den E-Motor befahren werden kann? (Masse 100kg)".

Es sind nur diese Angaben gegeben, mit denen gerechnet werden kann. Es handelt sich um Naturwissenschaftliche Grundlagen, also alles sehr vereinfacht.

Meine Ideen:
Ich habe bisher jetzt nur folgende Formeln herausgepickt, die in dem Zusammenhang stehen:
FH (Hanabtriebskraft) = FG * sin(alpha)
FN (Normalkraft) = FG * cos(alpha)
FG (Erdanziehungskraft) = m * g

Dabei habe ich folgende Werte:
FG = 981 N (kg*m /s²)
FH = 187,2 N
FN = 963 N

Weiter komme ich aber irgendwie nicht. Irgendwas fehlt mir da, da ich jetzt nicht genau weiss, wie groß die Kraft des Motors denn sein muss, damit das E-Bike den Hang hochkommt.

Hat da jemand eine Denkansatz für mich? Was noch fehlt oder wie ich da jetzt auf eine Lösung komme? Verzweifel hier etwas ...

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7462

Gegen welche Kraft muss der Motor denn arbeiten, wenn Du den Hang hochfährst?

Viele Grüße
Steffen

Physikusmaximus · Gast

Gegen die Hangabtriebskraft FH, oder?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7462

Richtig. Wenn er schwächer ist, kommst Du nicht hoch.

Also?

Physikusmaximus · Gast

Die gesuchte Kraft muss ja dann mindestens FH = 187,2 N übersteigen. Meinem Verständnis nach.

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7462

Genau das ist die Antwort.

Viele Grüße
Steffen

Physikusmaximus · Gast

Also das wars schon? Damit habe ich die Lösung bereits? Hatte damit gerechnet, dass da noch was gerechnet werden muss. Aber dann war es wohl doch leichter als gedacht.
Wie würde diese gesuchte Kraft jetzt heissen? Einfach Motorkraft?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7462

Ja, das war's schon. Du schriebst ja selbst, es seien

Physikusmaximus · Gast

Oh okay, super! Vielen Dank. Da hab ich das ganze zu sehr verkompliziert.
Vielen Dank für das schnelle Antworten!

Systemdynamiker · Anmeldungsdatum: 22.10.2008 Beiträge: 594 Wohnort: Flurlingen

Auch wenn nun das richtige Resultat auf dem Tisch liegt und der Lehrer zufrieden ist, sollte man das Problem nochmals reflektieren. Da wäre einmal die Frage, was ein Kraft eigentlich ist. Eine Kraft ist eine Einwirkung auf ein System, die mit einem Impulsaustausch und manchmal mit einem Energieaustausch verbunden ist. Damit fällt die Motorkraft schon mal weg (der Motor liefert die Energie, aber nicht den Impuls).

Bevor man zu rechnen beginnt, sollte man das System (E-Bike mit Fahrer) separat zeichnen und sich überlegen, welche Kräfte überhaupt einwirken können. Da wäre mal die Gewichtskraft (Volumenkraft, Impulsaustausch mit dem Gravitationsfeld). Daneben könnte noch die Luft (lassen wir weg) und die Unterlage auf das E-Bike einwirken. Die Unterlagskraft wird in der Regel zerlegt in Normalkraft und Trockenreibungskraft (je nach Zustand Gleit- oder Haftreibung). Näherungsweise wirkt auf das nicht getriebene Rad nur eine Normalkraft und auf das angetriebene eine Normalkraft und ein Haftreibungskraft. Wenn man jetzt die Gewichtskraft in eine Normalkomponente und eine Tangentialkraft (oft als Hangabtriebskraft bezeichnet) zerlegt, darf man behaupten, dass die beiden Normalkräfte gleich der Normalkomponente der Gewichtskraft und die Haftreibungskraft gleich der Hangabtriebskraft ist. Gesucht ist als die Haftreibungskraft und nicht eine ominöse nicht existierende Motorkraft (hier schwingt der Energie-Kraft-Begriff der Umgangssprache mit).

Es wäre eigentlich schon wichtig, dass man auch an Gymnasien die Mechanik korrekt (State of the Art) einführt und nicht esoterische Kräfte benennt (Kraft im Sinne der Alltagssprache), sonst muss man sich schon fragen, wieso man dieses Thema überhaupt behandelt. Es kann doch nicht darum gehen, nur Zahlen in Formeln einzusetzen. Siehe auch Link gelöscht. Bitte das Forum nicht für Werbung missbrauchen. Steffen