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Duke

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Beitrag 7624886 , Kraft und Schub [Alter Beitrag28. Februar 2013 um 17:43]

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Hallo zusammen,

Ich brauche ein wenig Nachhilfe......
Folgender Ansatz:

Eine vereinfachte Rakete (Motor mit 1000N Schub), ein 1m langes Körperrohr mit Masse 0 und statt der Spitze oben auf dem Rohr eine Kugel mit 100g Gewicht....... Start senkrecht nach oben.

Wie groß ist die Belastung auf das Rohr (Kraft in N in Längsrichtung, durch die Massenträgheit der Spitze erzeugt) bei folgenden Bedingungen:

a) vor dem Start (ca. 10 N durch das Gewicht an der Spitze)
b) unmittelbar nach dem Start (der Motor schiebt mit 1000 N, aber wie groß ist die Belastung auf das Rohr?
(Das hängt definitiv von der Masse an der "Spitze" ab, aber wie ???)
c) bei sehr hohen Geschwindigkeiten (das wird sich wohl auf 1000 N annähern, da der Luftwiderstand immer
größer wird)

Bitte um Aufklärung bei Punkt b)...
Oliver Arend

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Oliver Arend

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Beitrag 7624887 [Alter Beitrag28. Februar 2013 um 18:11]

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a) ist ca. 1 N, weil 0,1 kg * 9,81 m/s^2 ~= 1 N.
b) und c) wegen Kräftegleichgewicht immer 1000 N. Da das Rohr masselos ist, treten hier keine Trägheitskräfte auf, die zusätzlich berücksichtigt werden müssten.

Vorausgesetzt (u.a.), der Motor ist masselos.

Oliver

Geändert von Oliver Arend am 28. Februar 2013 um 18:15

Duke

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Beitrag 7624921 [Alter Beitrag04. März 2013 um 09:46]

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Hi Oliver,

Grrr... hast natürlich recht. Als Ingenieur sollte man dann doch wissen, daß eine Masse von 100g einer Kraft von ca. 1 N entspricht. Muß zu meiner Verteidigung sagen, daß ich vorher 1000g Masse an der Spitze schreiben wollte.

Ich denke mal Du hast recht, aber so ganz verstehe ich den Grund dafür nicht. (Das ist jetzt Gefühl gegen Kopf). Der Kopf sagt:

F = m *a

Das heißt, wenn man Motor und Rohr als masselos annimmt, dann besteht die Masse der Rakete nur aus den 100g an der Spitze. Jetzt wirkt durch den Motor eine Kraft von 1000N auf das System, das ergo mit

a = F/m beschleunigt wird.

Diese Beschleunigung ist an jedem Punkt des Systems gleich hoch, auch die Masse ändert sich nicht (oder besser: nicht in einem Bereich der hier eine Rolle spielt), d.h. F = F (da a und m konstant), und das sind die 1000N.
Ist das soweit korrekt ?????

Das Gefühl sagt, daß mit Abnahme der Masse in der Spitze die Kraft auf das Rohr abnehmen müßte, aber das ist wohl Blödsinn.. sagt zumindest die Physik.
Neil

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Neil

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Beitrag 7624922 [Alter Beitrag04. März 2013 um 10:07]

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Hi,

wenn der Motor mit einer bestimmten Kraft eine bestimmte Gesamtmasse beschleunigt, so erfährt die gesamte Masse die gleiche Beschleunigung. Aus den Einzelmassen ergibt sich dann für jede Einzelmasse eine Einzelkraft. Massen die Zwischen Motor und anderen Massen liegen, müssen deren Kräfte weiterleiten. Es addieren sich also alle Kräfte auf.
Nehmen wir mal an, die Rakete wäre ein einfacher Zylinder mit konstanter Dichte. Dann würde die Last Beanspruchung vom Motor zur Spitze hin immer weiter für eben diesen Bereich abnehmen, da ja immer weniger darüber ist.
Wenn du aber sagst, das dein Rohr Masse los ist, dann wirkt direkt die Kraft des Motors auf die Spitze.

Gruß

Neil

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Duke

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Beitrag 7624923 [Alter Beitrag04. März 2013 um 12:40]

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Irgendwie ist da immer noch der Wurm drin.... aus folgendem Grund:

Man nehme einen Raketenmotor, klebe oben einen Kaugummi drauf und stecke einen Zahnstocher rein.
Der Motor hat 1000N Schubkraft. Wenn man jetzt mal davon ausgehen würde (was in der Praxis natürlich nicht stimmt), daß das Ding stabil starten könnte, dann würde der Zahnstocher den Start vermutlich überleben.

Jetzt legt man oben ein Gewicht von sagen wir mal 200g drauf. In Ruhe hält der Zahnstocher das aus. Beim Start gäbe es Kleinholz.

Warum ist das so? Oder ist es eben nicht so? Kann irgendwer das durch Rechnung nachvollziehen?

Reinhard

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Beitrag 7624924 [Alter Beitrag04. März 2013 um 12:56]

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Hi,

in dem Gedankenexperiment mit der Motormasse 0 zerlegt es einen Zahnstocher auch ganz alleine, also ohne 200g Gewicht. Es gilt nach wie vor F = m * a, nur m ist sehr klein und dadurch a absurd groß. Google meint, ein Zahnstocher wiegt 0,15g. Man kommt also auf ca. 700000g Beschleunigung, das überlebt der Zahnstocher nicht. Unabhängig davon gilt immer noch die Überlegung dass der Motor mit seinen 1000N auf den Zahnstocher drückt (wohin sollen die auch sonst hin, wenn nur die Trägheit des Zahnstochers existiert).

In der Praxis dominiert das Gewicht des Motors, und man kommt wohl bestenfalls auf ein paar 100g Beschleunigung. Das überlebt der Zahnstocher, so lange er nur sein Eigengewicht tragen muss, ohne Probleme. Kommen da aber noch 200g Masse, multipliziert mit der Beschleunigung dazu, wird die Kraft zu groß für den Zahnstocher.

Gruß
Reinhard

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Neil

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Beitrag 7624925 [Alter Beitrag04. März 2013 um 13:23]

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Hi,

im Ruhezustand wirkt ja die Erdbeschleunigung mit ca. 9,81 m/s². Wenn man das mit den 200g verrechnet, wird der Zahnstocher mit 2N belastet. Wenn dann die Rakete startet kommt zu den 2N aus der Ruhe (ja die gelten noch, da ja die Erde immer noch da ist die für diese Kraft verantwortlich ist) noch die Last von dem Motor dazu. Wenn also alles Masse los ist, nur nicht die 200g auf dem Zahnstocher, dann wird dieser mit 1002N belastet und führt zum versagen.

Wo soll da der Wurm sein?

Gruß

Neil

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