Physik? Hab ich noch nie verstanden! Der Thread für Physik-Fragen an die Profis

[SvenBvBFan]

danke für die weiteren erklärungen das mit den seilkräften haben sie im 1. semester nie richtig erklärt
die energien waren hier ja recht einfach.
Ich finde nur so aufgaben a lá "Rechne geschickt" nervig, aber die sind wohl auch nötig

[klops]

lagrange... scheiße is das lange her... ich glaub aus der Physik kenn ich den nicht.

egal, kurze Frage: was macht diese "Maschine"? wenn die beiden Massen ungleich sind, dann schwuppt das alles auf den Boden und gut is.

[Gullix]

...also, ja, wenn man lange genug wartet, schon. Da gehts mehr darum, was wie schnell runterfällt. Ist eher eine Fingerübung im Kräfte- oder Energieterme rumschieben.

[klops]

lange genug wartet... äh... ok

Ich glaub ich hab da einfach zu viel reininterpretiert. Das Ding ist ja Uralt und dient zur Veranschaulichung und Messen von Beschleunigungen. Gut, Sinn verstanden, das Ganze mit Feder will ich mir aber trotzdem nicht antun
"Maschine" ist vielleicht etwas irreführend, ist eher ein Versuch (-saufbau) aber wenn sich's halt so nennt...

[Der Kantelberg]

Den Versuch baut man selten wirklich auf, dass ist eher so ein Modellsystem, damit man damit rumrechnen kann.

[SvenBvBFan]

das noether-theorem

[klops]

Leute, Arbeit macht doof!
(zumindest wenn man lange doofe Arbeiten macht)

Bei mir in der Firma mache ich öfters eine Beobachtung, die mir leichte Bauchschmerzen bereitet, aber das in feste Zahlen zu packen fällt mir gerade schwer. Die eher einfachen physikalischen Formeln sträuben sich in meinem Kopf, stellen sich quer und verhaken sich ineinander...



Ein Gewicht wird mittels Kran-an-Stahlträger unsanft hochgezogen und schwingt etwas vor sich hin.
So weit so simpel.
Aber wie hoch ist die Belastung/Kraft bei der auf-und ab-Bewegung im Vergleich zur Ruhelage? Die Werte habe ich mir nach Beobachtung aus den Fingern gesaugt/geschätzt und bergen sicherlich größere Ungenauigkeiten.

Gegeben: y ges = 0,04m f = 3/s T = 0,33s m = 700kg
F (Ruhe) = 700kg * 9,81m/s² = 6867 N

Gesucht: F max(Schwing)

Gibt es keinen einfachen Weg, das mittels Beschleunigungsformel auszurechnen? 1/2 m v^2 und so? Beschleunigung, Kraft und geschwindigkeit ändern sich ja permanent... ich stehe auf dem Schlauch... oder kann man das auf die Art gar nicht angehen?



Man kann den Träger ja auch als Feder ansehen und dann habe ich nach dieser Seite rumgerechnet:
http://www.walter-fendt.de/html5/phd...um_math_de.htm

D (Federkonstante) ???
T = 2 pi wurzel(m/D)
D = m *(2*pi)^2 / T^2

--> D = 253749 kg/s²
--> F = 10150 N

Die Größenordnung stimmt, aber der Wert kommt mir recht "moderat" vor, ich hatte mehr erwartet. Allerdings sind meine Eingangswerte ja auch nur sehr grob geschätzt. Wenn das Ganze 4x pro Sekunde schwingt (statt 3x), dann wirkt sich das schon stark aus.
für T=0,25s --> F = 17685 N

2 Fragen:
Maschbauer/Statiker haben da sicher ihre einfachen Annahmen und Sicherheitsaufschläge. Wenn man sowas auslegt, wie dimensioniert man das (so ganz grob). "Tragkraft 2 to" heisst dann "kannste locker 3 dranhängen" bzw. "reiß hoch, lass schwingen"?

Warum zur Hölle kann ich im allwissenden Internet keine Übersicht zu Federkonstanten finden??? Die Größenordnung würde mir reichen, um den Wert oben zu vergleichen. Hat eine LKW-Blattfeder oder ein Kugelschreiber einen Wert von 10 oder 10000? Ist "1/4mio" ein realistischer Wert? Bei Temperatur oder Stromstärke oder wasauchimmer hätte ich zumindest eine Ahnung.

[Gigaz]

Also, wenn ich dich richtig verstanden habe hängt dein Gewicht an einem Strahlträger und schwingt nach oben und unten

[math]y(t)=y_0 sin(2 \pi f t) [/math]

Zweimal ableiten gibt dir die Beschleunigung:

[math]a(t)=-y_0 4*\pi^2 f^2 sin(2 \pi f t) = -a_0 sin(2 \pi f t) [/math]

[math]a_0=14,2 m/s^2 [/math]

Das was du da hast stimmt also. Prinzipiell ist die Gesamtkraft natürlich m(a0+g).

Die Federkonstante kannst du rauskriegen aus dem Elastizitätsmodul des Stahls, wenn du die Dicke und Länge des Seils kennst.

[Gullix]

...also, einen Stahlträger mit 1.5g beschleunigen? Das scheint mir arg viel. Baut ihr da einen Raketenantrieb oder einen Kran?

[klops]

danke gigaz, sieht irgendwie einfach aus bei dir
wenn das mein Ergebnis bestätigt, dann bin ich schonmal zufrieden

1,5g ist viel? Ich habe keinen Vergleich aber da ist das "natürliche g" ja schon mit drin.
10m (?) Doppel-T Träger, der rechts und links aufliegt. Wir wollen den auch nicht komplett beschleunigen, aber wenn man da 700 kg Alublech dran hängt, dann merkt man das schon. Schwingt/zittert eben um ein paar cm. Der Haken am Seil ist mit 1000kg bemaßt, daher meine Frage.

[SvenBvBFan]

schonmal im schwimmbad vom 5er gesprungen?

[shrodo]

Maschbauer/Statiker haben da sicher ihre einfachen Annahmen und Sicherheitsaufschläge. Wenn man sowas auslegt, wie dimensioniert man das (so ganz grob). "Tragkraft 2 to" heisst dann "kannste locker 3 dranhängen" bzw. "reiß hoch, lass schwingen"?

Die Stahlbauvorlesung ist zwar ne Weile her, aber idR kannst so ~50% Sicherheit annehmen (und da ist dann auch noch Sicherheit drin höhö).

Dimensionieren tust du mit Erfahrung und der DIN (ISO). Du dimensionierst auch mehrere Belastungsfälle (Verdrillung, Biegung, ggfs. Hitze, Biegung+Verdrillung, etc.).

Als Beispiel für einen dieser Fälle:
Doppel-T Einfeldträger der Länge l mit konstanter Streckenlast q.

Maximale Einwirkung:
1,35*(0,125*q*l^2)
Widerstand:
Gibt's aus Tabellenbüchern(die Rechnung bekomm ich nicht mehr zusammen), ist abhängig von den Maßen deines Trägers. Den Widerstand rechnest dann noch mal 0,9 für die Extraportion Sicherheit.

Das setzt du gleich und kannst dann vom Prinzip her ablesen wie die Maßen deines Trägers mindestens sein müssen um eine bestimmte Belastung auszuhalten.

[tobyps]

Die Sicherheit ist doch in der Regel deutlich höher als 50%, oder?

Wenn ich mich an meine Leichtbauvorlesung richtig erinnere, sind die 50% Usus im Flugzeugbau. Allerdings erfordert das hier sehr aufwändige Nachweise, dass die zu erwartenden Lasten auch entsprechend korrekt sind.
Für einen Kran führt kein Mensch solche Nachweise. Schon allein, weil das bisschen mehr an Stahl verglichen mit den Rechenaufwand deutlich günstiger kommt. Folglich müsste die Sicherheit doch höher sein. Allerdings sind die entsprechenden Vorlesungen noch viel länger her...

[shrodo]

Naja die Beiden Sicherheitsfaktoren im Beispiel sind 0,9 und 1,35, macht insgesamt eine Sicherheit von 1,66666 oder 66%. Da kommt aber noch dazu, dass z.B. Der Widerstand von so nem Träger auch vom Material abhängt -> Sicherheit ist im Tabellenwert schon eingerechnet (um z.B. Materialfehler auszugleichen)

[Xenon29]

Um hier als Ingenieur mal einzuhaken. Ja das mit den 50% Sicherheit im Flugzeugbau ist richtig, je nach Branche und Anwendung wird mit mehr und mit weniger gerechnet. Diese 50% werden aber auch nur auf den endgültigen Wert der Berechnungen aufgeschlagen, sodass aufgrund von vorherigen Annahmen die Sicherheit deutlich höher sein dürfte. Innerhalb der Berechnung wird zum Beispiel sehr oft zur sicheren Seite abgeschätzt, was die Belastung angeht, sodass die realistische Belastung in der Regel deutlich niedriger ist als die mit der die Berechnungen durchgeführt werden. Und zum anderen treten ja immer unterschiedliche Belastungen auf (wie shrodo bereits gesagt hatte) und es wird da immer gegen die kritische ausgelegt, sodass bei anderen, weniger kritischen Belastungsformen die Sicherheiten noch höher ausfallen. Dazu kommen noch lauter Korrektur und Fummelfaktoren, die nicht genau berechenbare Effekte abbilden, die meist aus Sicherheitsgründen auch schon sehr stark aufgerundet worden.

Und das ganze bezieht sich auch nur auf Metalle, bei Faserverbundwerkstoffen wird noch krasser nach oben abgeschätzt, weil man das Materialverhalten einfach viel zu wenig kennt.