Herzlich Willkommen!

Diesmal habe ich wieder eine sehr technische Anwendung der Relativkinetik vorbereitet, wie sie vielfach auf den Baustellen dieser Welt tagtäglich vorkommt.

Ein Turmdrehkran lt. Skizze dreht sich anfangs mit der Winkelgeschwindigkeit ω und wird in der Bremszeit t_B mit konstanter Winkelverzögerung bis zum Stillstand abgebremst. Die Laufkatze mit der Masse m_K befindet sich im Abstand r von der Drehachse und wird durch ein Seil S1 mit der Relativgeschwindigkeit v_rel und der Relativbeschleunigung a_rel nach innen gezogen. Über ein Seil S2 ist eine Last der Masse m_L an die Laufkatze angehängt.

Geg.: ω = 0.314s−1, t_B = 5s, m_K = 200kg, r = 15m, v_rel = 1.8ms−1, a_rel = 0.8ms−2, m_L= 300kg

Berechne:
*die Absolutgeschwindigkeit und -beschleunigung der Laufkatze in der gezeichneten Stellung.
*die Kräfte auf die Katze von den Seilen und der Führungsbahn.

Quelle: Aufgabe D35 (S. 358) aus J. Berger, Klausurentrainer Technische Mechanik, 2. Auflage, 2008 Vieweg+Teubner, Wiesbaden

Hier kannst du dir die Angabe herunterladen und das Beispiel zuerst einmal selbst versuchen zu lösen.

Wir gehen bei dieser Aufgabe ganz klassisch vor. Zuerst stellen wir sämtliche Terme zur Absolutgeschwindigkeit auf und berechnen diese. Dann können wir analog vorgehen um die Beiträge zur Absolutbeschleunigung zu finden. Schließlich müssen wir uns darüber im klaren werden, welche Kräfte in die jeweiligen Koordinatenrichtungen wirken. Dazu ist es sinnvoll jeweils ein Freikörperbild der beiden relevanten Schnitte, d.h. von vorne und von oben, anzufertigen. Wichtig ist nämlich zu beachten, dass die Last m_L natürlich bei einer solchen Bewegung in beiden Ebenen nicht senkrecht hängen kann. Nachdem das geklärt ist und sämtliche Kräfte mit ihren Komponenten definiert wurden, können wir schließlich den Schwerpunktsatz sowohl für die Laufkatze als auch für die Last anschreiben. Aus diesen insgesamt 6 Gleichungen lassen sich dann sehr einfach sämtliche gesuchten Kräfte berechnen. Wie das genau funktioniert und alle notwendigen Teilschritte zur Lösung erkläre ich wie immer im Video. Viel Spaß!

Musterlösung als pdf gibt es hier leider keine, weil es sich, wie im Video unschwer zu erkennen ist, um eine relativ alte Aufnahme handelt. Tut mir leid.

Sollte es Fragen zu diesem Beispiel geben melde dich bitte jederzeit gerne bei mir. Idealerweise in den Kommentaren, damit auch andere von deiner Frage profitieren.

Wenn dir der Beitrag gefallen hat, hinterlasse bitte ein Like hier auf dem Blog und auf YouTube. Abonniere auch meinen YouTube-Kanal und klicke die Glocke um kein Video mehr zu verpassen. Sag mir bitte außerdem unbedingt deine Meinung zu den Inhalten, damit ich mich entsprechend verbessern kann.

Vielen Dank und bis bald,
Markus

Herzlich Willkommen!

Wir begeben uns mit dem heutigen Beispiel auf den Jahrmarkt. Dort sehen wir uns ein typisches Fahrgerät an und berechnen mit welchen Geschwindigkeiten und vor allem Beschleunigungen als Fahrgast zu rechnen ist. Die Angabe lautet wie folgt.

Ein Karussell besteht aus einem mit der Winkelbeschleunigung α_AB um Punkt A rotierenden Arm AB, welcher in der dargestellten Lage die Winkelgeschwindigkeit ω_AB besitzt. Ein Wagen ist am Ende des Armes im Punkt B reibungsfrei befestigt und dreht sich zum betrachteten Zeitpunkt mit der Winkelgeschwindigkeit ω′ und der Winkelbeschleunigung α′ um den Punkt B.

Geg.: l_AB = 5m, r_B = 1m, γ = 30°, β = 60°, ω_AB = 2s−1, α_AB = 1s−2, ω′ = 0.5s−1, α′ = 0.6s−2

Berechne zum gegebenen Zeitpunkt:
*die Absolutgeschwindigkeit und -beschleunigung des Fahrgastes in C.
*die Absolutgeschwindigkeit und -beschleunigung des Fahrgastes in C für den Fall α_AB = α′ = 0.

Quelle: Aufgabe 5.147 (S. 431) aus Russell C. Hibbeler, Technische Mechanik 3 Dynamik, 12. Auflage, 2012 Pearson GmbH, München

Lade dir gerne zuerst die Angabe herunter und versuche das Beispiel selbständig zu lösen. Danach kannst du es mit meiner Musterlösung vergleichen. So lernst du meiner Meinung nach am meisten.

Manchmal ist es bei Aufgabestellungen in der Relativkinematik als auch -kinetik am effizientesten einen Ortsvektor aufzustellen der alle Informationen beinhaltet. Diesen können wir dann einfach nach der Zeit ableiten um die Absolutgeschwindigkeit zu bekommen. Ein zweites mal nach der Zeit ableiten ergibt demnach direkt die Absolutbeschleunigung. Es ist lediglich darauf zu achten, dass alle zeitabhängigen Größen korrekt abgeleitet werden und natürlich auch im ursprünglichen Ortsvektor vorhanden sind. Wir wenden also eigentlich das analytische Prinzip an, aber das ist aus meiner Sicht kein Problem, denn die Lösung ist ja trotzdem völlig korrekt. Im Video und auch in der pdf-Lösung zeige ich dir trotzdem auch den regulären Weg der Relativkinematik auf, sodass du diesen selbst fertigrechnen und dann mit meinem Ergebnis vergleichen kannst. Viel Spaß und zahlreiche Erkenntnisse dabei!

Die Musterlösung als herunterladbares pdf gibt es natürlich ebenfalls wieder.

Sollte es Fragen zu diesem Beispiel geben melde dich bitte jederzeit gerne bei mir. Idealerweise in den Kommentaren, damit auch andere einen Vorteil von deiner Frage haben.

Wenn dir der Beitrag gefallen hat, hinterlasse bitte ein Like hier auf dem Blog und auf YouTube. Abonniere auch meinen YouTube-Kanal und klicke die Glocke um kein Video mehr zu verpassen. Sag mir bitte außerdem unbedingt deine Meinung zu den Inhalten, damit ich mich entsprechend verbessern kann.

Vielen Dank und bis bald,
Markus

Herzlich Willkommen!

Diesmal wollen wir eine Variation des Kistenbeispiels der Relativkinetik besprechen. In diesem Fall haben wir einen fahrenden Wagen auf dessen schiefer Ebene eine Kiste nach unten rutscht. Wir möchten dabei die Dynamik im System berechnen.

Eine Kiste der Masse m gleitet reibungsfrei die geneigte Rampe der Masse m₂ entlang, während diese reibungsfrei entlang der horizontalen x-Achse rollen kann. Zum Anfangszeitpunkt t₀ = 0 bewegt sich die Rampe mit der konstanten Geschwindigkeit v₀ nach rechts, während die Kiste ausgehend vom Punkt A zu gleiten beginnt.

Bestimme
*die Beschleunigungen der Kiste und der Rampe.
*die Geschwindigkeiten von Kiste und Rampe zu jenem Zeitpunkt an dem die Kiste den Punkt B erreicht hat.
*die Verschiebung der Rampe, wenn die Kiste den Punkt B erreicht hat.

Quelle: Aufgabe 11.38 (S. 758) aus Russell C. Hibbeler, Technische Mechanik 3 Dynamik, 12. Auflage, 2012 Pearson GmbH, München

Die Angabe zum Download findest du hier:

Wir gehen hier – wie schon beim Beispiel R04 – den Weg über Freikörperbilder und Schwerpunktsätze. Dazu zeichnen wir jeweils ein Freikörperbild mit den angreifenden Kräften und ein separates mit den wirkenden Beschleunigungen. Mithilfe dieser beiden Skizzen können wir im Anschluss problemlos die Schwerpunktsätze für die Rampe und die Kiste jeweils in x- und y-Richtung anschreiben. Nachdem diese Gleichungen bekannt sind, muss nur noch auf die Beschleunigungen von Kiste und Rampe umgeformt werden um (a) zu beantworten. In einem weiteren Schritt stellen wir dann die kinematischen Beziehungen auf um die Geschwindigkeiten von Kiste und Rampe (b) sowie die Verschiebung der Kiste (c) zu bestimmen. Damit ist dieses Beispiel auch schon erledigt. Wie gewohnt findest du die Details im verlinkten Video oder in der pdf-Musterlösung. Viel Spaß damit!

Ich stehe dir gerne für Fragen zu diesem und allen anderen Beispiel zur Verfügung – scheue dich also nicht davor jederzeit nachzufragen!

Wenn dir der Beitrag gefallen hat, hinterlasse bitte ein Like hier auf dem Blog und auf YouTube da. Abonniere auch meinen YouTube-Kanal um kein Video mehr zu verpassen und sag mir bitte unbedingt deine Meinung zu den Inhalten, damit ich mich entsprechend verbessern kann. Vielen Dank!

Bis bald,
Markus