Gewichtskraft und freier Fall

Kurzbeschreibung

Auf ein Aluminiumgerüst, wie oben abgebildet, werden drei Holzklötze mittig platziert. Der mittlere Klotz ist dabei mit einer Gummischnur versehen, die so fest gespannt wird, dass der Klotz gerade noch in seiner Position gehalten wird. Nun lässt man die gesamte Apparatur einige cm nach unten fallen.

Beobachtung:

Sobald alles nach unten fällt, wird das mittlere Klötzchen in Richtung Gummischnur herausgezogen.

Physikalische Erklärung:

Zuerst soll die Frage geklärt werden, warum der kleine Klotz nicht am Anfang zwischen den großen Klötzen herausrutscht. Das System ist anfangs in Ruhe. Das bedeutet, dass entweder keine Kräfte wirken oder wie in unserem Fall alle wirkenden Kräfte im Gleichgewicht sind. In vertikaler Richtung wirkt die Gewichtskraft aufgrund der Erdanziehung sowie die dazu gehörige Gegenkraft, die von der Aluminiumplatte, bzw. von der Halterung des Systems aufgebracht wird. Das Kräftegleichgewicht bewirkt, dass die Klötze nicht nach unten fallen. Außerdem entsteht Aufgrund der Gewichtskraft und der jeweiligen Gegenkraft zwischen den Klötzen Reibungskraft, wobei der materialspezifische Reibungskoeffizient ist. Die Reibungskraft wirkt immer parallel zur Oberfläche und entgegen der Bewegungsrichtung, also in unserem Fall entgegen der Zugkraft . So lange also die Reibungskraft größer oder gleich der Zugkraft ist, bleibt das System in Ruhe. Was passiert nun im Moment des Loslassens? In vertikaler Richtung wirkt nun nur noch die Gewichtskraft, die entsprechende Gegenkraft ist nicht mehr vorhanden, wodurch das ganze System nach unten fällt. Außerdem existiert aufgrund des Verschwindens der Gegenkraft die Reibungskraft nicht mehr, wodurch der Zugkraft keine Kraft mehr entgegenwirkt. Der kleine Klotz wird in Richtung Zugkraft beschleunigt und schießt zwischen den beiden großen Klötzen heraus.

Betriebsanweisungen: Leitern und Tritte

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