Aufprallende Kraft berechnen
Hallo,
Wenn eine Person mit einer Kugel direkt unter sich (also darauf sitzend wie der Baron von Münchhausen) mit einem Gesamtgewicht von 110Kg (Kugel 20Kg + Person 90Kg) irgendwo im freien Fall abspringt, ein Fels, wie hoch darf der Fels sein, um die Kugel mit einer Belastungsgrenze von 650Kg (das Gewicht wäre ohne Personengewicht) nicht zu überlasten? Das ist kein Spass, ich sollte das wirklich wissen. Habe aber leider keine Ahnung von Physik solcher Art. Wäre dankbar, wenn man die Höhe irgendwie heraus bekommen kann, und dass die Angaben so reichen. Lg |
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Es geht ja offenbar darum, die Kräfte beim Aufprall auf den Boden abzuschätzen, denn während des freien Falls wirken ja keine Kräfte. Die Bremsung beim Aufprall hängt aber sehr von den Detals des Aufpralls ab (z.B. Beton oder Schaumstoff), die hier nicht gegeben sind. Wo hast du diese Aufgabe her? |
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Ich muss das für mich selbst wissen. Dann berücksichtige für die Kugel "Metall", und für den Untergrund einen "festen Erdboden". Nichts aufgelockertes, weiches oder schlammiges, fest eben. Es geht auch um kein haargenaues Ergebnis, nur damit ich das abschätzen kann. Wäre die Felsenhöhe 2m, 5m, 10m, 50m, 100m? Ich habe keine Ahnung wo man das ansiedeln muss. Die Gewichte stehen ja oben im ersten Beitrag. |
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Das hängt wie schon erwähnt von den Materialien ab. Die Belastungsgrenze der Kugel hängt von Eigenschaften wie Sprödigkeit, Verformbarkeit u.a. ab. Und natürlich auch vom Untergrund.
Was genau bedeutet "... nicht zu überlasten?" |
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Eine frei fallende 20-kg-Kugel wird sanft von einer Federwaage aufgefangen. Aus welcher Höhe muss die Kugel fallen, damit die Waage bis zur Marke 650kg zusammengedrückt wird? |
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Aber du hast es auf den Punkt gebracht. So meinte ich das. Nur dass die Kugel von einem "festen Erdboden" gestoppt wird :D Allerdings, käme beim Aufprall noch das Gewicht der Person die oben drauf sitzt dazu. Die Belastungsgrenze muss nicht ermittelt werden, sie ist schon vorgegeben mit 650Kg. Gehen wir beim Material einfach mal von Aluminium aus. Mir reicht das wirklich "grob". Wollte euch auch nicht zu lange beschäftigten damit... ;) |
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Über die Abmessungen und Daten kann man bestenfalls die Beschleunigungen und daraus resultierenden inneren Kräfte abschätzen. |
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Wenn ich die Kugel irgendwo "einspanne" und Druck aufbringe, wie in einem Schraubstock, drehe immer weiter zu, dann wird diese Druckkraft irgendwann 1430lbs erreichen, umgerechnet 650Kg. Von dieser "Kraft" (oder Belastung) spreche ich. Zitat:
Dann wird die Kugel nicht zusammengepresst, sondern aus der Luft zu Boden geworfen. Ich sehe da keinen Unterschied.... |
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Ich würde mal die Kraft berechnen, die ein hypothetisches äußeres Massenelement der Kugel bei der Abbremsung der Endgeschwindigkeit auf Null ausübt.
Dazu müsste man mal den Durchmesser der Kugel festlegen. Das Massenelement mit einer Fläche A übt dabei eine gewissen Druck in N/m² auf das darunterliegende Massenelement aus. Ab einer gewissen Größe des Druckes kann das Material dann brechen: https://de.wikipedia.org/wiki/Stahl#...reckgrenze.svg Siehe Diagramm von Stahl. Die Aufgabe lautet also: 1) Berechne die Endgeschwindigkeit aufgrund des freien Falls aus einer Höhe h. 2) Berechne die Abbremsung in m/s² eines äußeren Elementes von dieser Endgeschwindigkeit auf Null auf der Strecke des Durchmessers der Kugel. |
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