Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Man kann den Schwerpunkt als Angriffspunkt des Körpergewichts ansehen. Das ermöglicht es, die Bewegung eines starren Körpers aus zwei Anteilen zusammen zu setzen: − die Bewegung des Schwerpunkts (kräftefrei oder unter Einwirkung von Kräf- ten) − die Drehung des starren Körpers um seinen Schwerpunkt Untersuche, überlege, forsche: Schwerpunkt 20.1 Schneide aus einem Stück Karton ein Vieleck – es kann auch der Umriss eines Geo-Dreiecks sein. Hänge das Kartonstück an einem Faden an verschiedenen Stel- len auf ( 20.1 ). E 1 a) Wenn der Karton ruhig hängt, markiere die Lotrechte durch den jeweiligen Aufhängungspunkt. Die Linien sollten sich in einem Punkt schneiden. S 1 b) Vergleiche dein Vorgehen mit der Bestimmung des Schwerpunkts in einem Dreieck, wie es in der Mathematik üblich ist. 20.2 W 2 a) In der Akrobatik, aber auch in der Natur gibt es zahlreiche erstaunliche Phänomene zum Thema Gleichgewicht. Finde dazu Erklärungen. (Links dazu auf der Website des Schulbuchs). S 2 b) Die Lage des Schwerpunkts entscheidet über die Standfestigkeit eines Ge- genstandes (z. B. einer Vase). Überlege und diskutiere, wie du die Standfestigkeit z. B. einer Blumenvase oder eines Posterständers bei einer Schulpräsentation er- höhen kannst. c Rotationsenergie Beschleunigt man einen starren Körper auf die Winkelgeschwindigkeit ω , so ver- richtet man Arbeit und überträgt Energie auf den Körper: Die Energie der Drehbe- wegung heißt Rotationsenergie , sie ist die Summe der kinetischen Energien aller Punkte des rotierenden Körpers. Zur Vereinfachung betrachten wir wieder das rotierende Rad (Radius R , Masse m ) mit masselosen Speichen. Jeder Punkt am Radumfang bewegt sich mit der Ge- schwindigkeit v = R · ω . Die gesamte kinetische Energie der Rotation ist daher E rot = ½ m · v 2 = ½ m · R 2 · ω 2 = ½ I · ω 2 , mit m · R 2 als Trägheitsmoment I des Rades. Diese Beziehung gilt für beliebig ge- formte Körper, wobei wir das entsprechende Trägheitsmoment einsetzen müssen: Rotationsenergie E rot = ½ I · ω 2 Einheit: Joule (J) Die Rotationsenergie wächst mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit und ist umso größer, je größer das Trägheitsmoment ist. Dieser Effekt wird bei Schwungrädern zum Speichern von Energie genutzt. Schwungräder unterstützen den gleichmäßigen Lauf von Maschinen. Beispielswei- se ist dies bei Automotoren wichtig. Jeder Zündvorgang in den Zylindern führt zu einem Ruck auf die Kurbelwelle. Das Drehmoment des Motors ist dadurch un- gleichmäßig. Dies gleicht das Schwungrad auf der Kurbelwelle aus. ( 20.3 , 20.4 ) Wenn die Kurbelwelle beschleunigt wird, wird das Schwungrad ebenfalls beschleunigt und nimmt Rotationsenergie auf. Wenn die Kurbelwelle langsamer wird, gibt das Schwungrad Energie ab und gleicht dadurch den Lauf des Motors aus. Das Schwungrad überträgt über die Kupplung und das Schaltgetriebe das im Motor erzeugte Drehmoment auf die Antriebsachsen des Autos. A A B B S Z Z 20.1 Bestimmung des Schwerpunkts eines Kartonstücks 20.2 Gehen auf der Slackline – ein Gleich- gewichtstraining. 20.3 Bei einem Automotor speichert das Schwungrad (mit Anlasserkranz und Kupplung) Rotationsenergie. Das Bild zeigt ein Schwun- grad mit demontierter Kupplung. 20.4 Das Schwungrad liegt zwischen Kurbelwelle und Getriebe. 20 MECHANIK 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv