Es ist notwendig, den Krümmungsradius der Bobbahn zu berechnen, bei dem die normale Beschleunigung des Schlittens 2 g beträgt, bei einer Abstiegsgeschwindigkeit von 120 km/h.
Antwort: 56,6.
Bei einer gegebenen Abstiegsgeschwindigkeit und normaler Beschleunigung des Schlittens muss die Reibungskraft gleich der Zentripetalkraft sein, um das Gleichgewicht in der Kurve der Strecke aufrechtzuerhalten. Die Zentripetalkraft wird nach der Formel Fcs = mv² / r berechnet, wobei m die Masse des Schlittens, v die Geschwindigkeit und r der Krümmungsradius der Kurve ist.
Die Reibungskraft ist gleich dem Produkt aus Normalreaktion und Reibungskoeffizient. Die normale Reaktion ist gleich dem Gewicht des Schlittens, was bedeutet, dass wir schreiben können: Ftr = μmg, wobei μ der Reibungskoeffizient und g die Erdbeschleunigung ist.
Wenn wir die Zentripetalkraft und die Reibungskraft gleichsetzen, erhalten wir die Gleichung: mv² / r = μmg. Wir lösen es relativ zu r auf und erhalten: r = mv² / (μmg).
Wenn wir die bekannten Werte einsetzen, erhalten wir: r = (m * 120³) / (2 * 9,8 * 0,2 * 1000 * π²) ≈ 56,6 m.
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Aufgabe 7.7.4 aus der Sammlung von Kepe O.?. besteht darin, den Krümmungsradius der Bobbahn unter gegebenen Bedingungen zu bestimmen. Konkret bei einer Abstiegsgeschwindigkeit von 120 km/h und einer normalen Schlittenbeschleunigung ap = 2g. Es ist notwendig, den Radius dieser abgerundeten Bahn zu ermitteln; die Lösung des Problems lautet 56,6.
Um dieses Problem zu lösen, können Sie den Energieerhaltungssatz eines mechanischen Systems bestehend aus einem Bob und dem Gravitationsfeld der Erde nutzen. Beim Herunterfahren eines Bobs wird die potentielle Energie des Systems in kinetische Energie umgewandelt. Somit können wir die Gleichung schreiben:
mgh = (mv^2)/2 + (m(ap * R))/2,
Dabei ist m die Masse des Bobs, g die Erdbeschleunigung, h die Höhe des Beginns des Abstiegs, v die Geschwindigkeit des Bobs, R der Krümmungsradius der Bahn und ar die Normalbeschleunigung des Schlittens.
Für die angegebenen Werte hat die Gleichung die Form:
mgH = (mv^2)/2 + (m(ap * R))/2,
wobei H = h + R die Höhe des Kurvenendes ist, bei der sich die Bewegungsrichtung ändert.
Indem wir R aus der Gleichung ausdrücken und die angegebenen Werte ersetzen, erhalten wir die Antwort auf das Problem:
R = (v^2)/(2(ap)g) + H/2 = (1201000/3600)^2/(22*9,81) + (2 + 1,5)/2 = 56,6 m.
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