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Frage.png

Hallo,

im Anhang findet ihr ein Bild meines Problem.

Ein Kreiselement ist an den beiden Punkten S befestigt. Diese Punkte sind um den Radius des Kreises drehbar. Die Befestigung ist symmetrisch und zwischen diesen beiden Punkten ist ein Winkel von 120°. Nun wird der Kreis mit 100 N nach vorne bewegt. Was für Kräfte wirken dabei auf die Befestigungspunkte?

Meinen Ansatz erkennt ihr ebenfalls am Bild. Die Kräfte sollen entsprechend dem Koordinatenkreuz in x und y aufgeteilt werden. Jedoch finde ich, dass mein Kräfteparallelogramm keinen Sinn macht, denn so würden die beiden Befestigungspunkte aufeinander zu geschoben werden. Logischerweise würden diese aber eigentlich voneinander weggedrückt werden!?

Hat jemand eine Idee, was ich falsch gemacht habe? Ich kann leider meinen Fehler nicht finden. Mich interessiert vor allem die Kraft, die die Befestigungspunke in Bewegung setzt. Sprich die X-Komponente.

Gruß

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>>Hat jemand eine Idee, was ich falsch gemacht habe?

3. Newtonsches Gesetz: actio = reactio
https://de.wikipedia.org/wiki/Newtonsche_Gesetze#Drittes_newtonsches_Gesetz
„Kräfte treten immer paarweise auf. Übt ein Körper A auf einen anderen Körper B eine Kraft aus (actio), so wirkt eine gleich große, aber entgegen gerichtete Kraft von Körper B auf Körper A (reactio).“

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Rainer Schulze

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Das 3. newtonsche Axiom ist mir bekannt. Jedoch sind die dargestellten Kräfte doch bereits die auf den Befestigungspunkt. Es gibt nichts, was ihn an seinem Punkt hält. Deswegen müsste ihn die x-Komponente in Bewegung setzen. Jedoch bei mir leider in die falsche Richtung oder mein Ansatz ist komplett falsch.

Leider versteh ich das immernoch nicht wieso 

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In der Überschrift schreibst Du Scheibe.

Warum willst Du dann die Kräfte zerlegen ? 
Kräftezerlegung gibt nur Sinn bei Zug- oder Druckkraft.
Also bei Stäben oder Ketten.

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Klaus

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Die Scheibe ist als ein Ring vorzustellen. Die Befestigungspunkte sind jeweils an einem Hebelarm an einem festen Drehpunkt fixiert/gelagert, welcher genau im Mittelpunkt des Kreises/Ringes befindlich ist. Der Hebelarm ist biege und dehnsteif und die y-Komponente der Kraft kann vernachlässigt werden, das Lager bzw. der Drehpunkt kann die Kraft der y-Komponente ohne Weiteres aufnehmen.

Was ich aber wissen will ist die x-Komponente! Diese würde eine Rotation hervorrufen. Diese möchte ich durch ein Gegenmoment unterbinden. Dazu brauche ich den Betrag und die Richtung der Kraft. Jedoch macht schonmal die Richtung der Kraft keinen Sinn und ich frage mich wieso und ob mein Ansatz nicht eventuell falsch ist 

Hoffentlich ist es nun etwas verständlicher. Mich interessiert eigentlich nur die x-Komponente der Kraft, damit ich weiß wie groß das Gegenmoment sein soll. Der Hebelarm ist 0,5m lang, jedoch auch nur ein Zahlenwert. Mir gehts mehr um das Verständnis.

Hoffe, dass ihr mir nun besser weiterhelfen könnt.

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Hallo,

Wenn ich das richtig verstanden habe, dann sind die Stäbe auf beiden Seiten (Ring und Mittelpunkt) drehbar gelagert. Sollte dem so sein dann musst du folgendes berücksichtigen:
- Stäbe die beidseitig drehbar gelagert sind übertragen keine Momente --> Kräfte nur in Stabrichtung.
- Da die Stäbe normal auf den Ring stehen gibt es keine Kraft die tangential zum Ring wirkt, somit auch keine Bewegung egal welche Kraft aufgebracht wird. (vorausgesetzt es gibt nicht noch andere Kräfte in dieser Ebene, z.B. Gewichtskraft der Stäbe)

[Diese Nachricht wurde von qucksalb3r am 30. Jun. 2016 editiert.]

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>>Wenn ich das richtig verstanden habe, dann sind die Stäbe auf beiden Seiten (Ring und Mittelpunkt) drehbar gelagert.

Falsch.
Im Betreff heißt es "Befestigung".
Aber im Text heißt es:
"Diese Punkte sind um den Radius des Kreises drehbar."
Das ist eine unglückliche Wortwahl. Ersetze "Radius" durch "Mittelpunkt".
Gemeint ist offenbar, dass die Hebel SCHWENKBAR sind.
Die Stäbe sind im Mittelpunkt des Rings drehbar gelagert.
Am Ring besteht eine Kontaktstelle, die ausschließlich eine tangentiale Bewegung erlaubt, keine Drehung um den Kontaktpunkt.

Vielleicht hilft es, die Situation als schiefe Ebene zu betrachten.

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Rainer Schulze

[Diese Nachricht wurde von Rainer Schulze am 30. Jun. 2016 editiert.]

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Zitat:

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Gemeint ist offenbar, dass die Hebel SCHWENKBAR sind.

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Genau das dachte ich mir. Wahrscheinlich habe ich mich auch etwas unklar ausgedrückt.
Es ändert aber nichts daran, dass die Stäbe Kräfte nur in deren Richtung übertragen können und die Tangentialkräfte = 0 sind da die Stäbe normal auf den Ring stehen. Außer die Stäbe sind am Ring so gelagert, dass diese zwar schwenkbar sind aber dennoch Momente übertragen können. Dann ist das System allerdings überbestimmt. Die Tangentialkräfte treten aber auch dann nur in Folge der Überbestimmung, zusätzlicher Kräfte oder geometrischer Nichtlinearität auf.

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Entschuldigt die Verwirrung und meine unglückliche Ausdrucksweise.

Was ich wissen möchte sind die Radial- und Tangentialkomponente der Kräfte auf die beiden Befestigungspunkte.

Die Befestigungspunkt sind an Stangen befestigt. Dabei sind die Stangen örtlich gesehen im Mittellpunkt des Kreises befestigt, jedoch nicht mit dem Kreis/der Scheibe verbunden! Die Stangen sind dehnsteif und die Radialkomponente kann ohne Probleme aufgenommen werden und interessiert mich nicht weiter.

Jedoch die Tangentialkomponente würde eine Drehbewegung dieser Befestigungspunkte mitsamt Stangen hervorrufen, da diedr freidrehbar um den Mittelpunkt sind! Diese Drehbewegung möchte ich unterbinden. Damit ich das kann, muss ich wissen wie groß die Radialkomponente ist. Dann weiß ich nämlich, wie groß mein Gegenmoment sein muss, um diese Drehbewegung zu unterbinden, was dazu führt, dass auch der Kreis sich nicht bewegen kann.

Gruß

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Teil1.avi.txt

Hallo Ed93.

Also in etwa so? =>
Das .txt nach dem ruterladen entfernen.

Gruß
ThoMay

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Schaut mal nach im Bereich
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oder
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Hallo ThoMay,

danke für die Mühe und die schöne Simulation!

Leider nicht ganz das, was ich meine.

Die Stäbe sind in der Mitte fest und deren Befestigungspunkte wander somit nicht. Der Kreis wird nach vorne gedrückt und deswegen bewegen sich die Befestigungspunkte radial nach unten.

Es besteht keine Verbindung zwischen Kreisscheibe und dem Befestigungspunkt, an dem die Balken drehbar befestigt sind!

Ich sag mal als bildlichen Vergleich: Wie eine mini Babyball-Käse, den man aus seiner Verpackung drückt. Die beiden roten Wachshälften warden ja auch schließlich auseinander gedrückt. Ist ein bisschen abstrackt, aber ich hoffe das hilft.

[Diese Nachricht wurde von Ed93 am 30. Jun. 2016 editiert.]

[Diese Nachricht wurde von Ed93 am 30. Jun. 2016 editiert.]

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Zitat:

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Der Kreis wird nach vorne gedrückt und deswegen bewegen sich die Befestigungspunkte radial nach unten.

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Das stimmt im beschriebenen Fall nicht!

Durch die Befestigung im Mittelpunkt des Kreises gibt es keine Tangentialkräfte am Ring.
Die Kraft mit welcher die Befestigungsstellen am Ring beaufschlagt werden ist immer in Stabrichtung! Diese kann man dann in eine Radial-Komponente und eine Tantential-Komponente zerlegen. Im beschriebenen Fall ist der tangentiale Anteil immer 0, da der Stab in radialer Richtung positioniert ist. Somit gibt es auch keine Bewegung.

Damit sich die Stäbe bewegen darf der Befestigungspunkt nicht der Mittelpunkt des Kreises sein.
- Stäbe sollen nach "unten" wenn der Kreis nach "oben" geht: Befestigung muss unter dem Mittelpunkt sein.
- Stäbe sollen nach "oben" wenn der Kreis nach "oben" geht: Befestigung muss über dem Mittelpunkt sein.

[Diese Nachricht wurde von qucksalb3r am 30. Jun. 2016 editiert.]

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Zwischen Stäben und Kreisscheibe ist keine Verbindungen. Diese sind in einer anderen Ebene. Das Problem ist 3D, ich habe es nur 2D vereinfacht. Natürlich vernachlässige ich dadurch Momente etc.

Das Problem soll aber 2D behandelt warden, weil alle 3D-Erscheinugnen vernachlässigbar sind!

Der Drehpunkt der Balken ist in 2D im Mittelpunkt des Kreises, jedoch tatsälich unter der Scheibe (hinterm Bildschirm).

Was wichtig ist, ist das Die Scheibe nur die beiden Fixpunkte berührt, die Balken und die Scheibe steht nicht in direktem Kontakt.

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Zitat:

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Das Problem ist 3D

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Das ist ja schon einmal eine neue Erkenntnis.:)

Zitat:

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Das Problem soll aber 2D behandelt warden, weil alle 3D-Erscheinugnen vernachlässigbar sind!

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Sofern das stimmt, weiche ich auch weiterhin nicht von meiner Meinung ab, dass sich da nichts bewegen sollte. Auch ThoMays Animation zeigt was ich versuche zu erklären. Wenn die Stäbe festgehalten werden können diese zwar rotieren, aber der Kreis wird sich nirgends hin bewegen.

Und sollten nicht gänzlich neue Infos kommen (zB bessere Skizzen oder Bilder) muss ich mich hier leider ausklinken, da ich das Problem offensichtlich nicht ganz verstehe.

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Zitat:

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Wenn die Stäbe festgehalten werden können diese zwar rotieren, aber der Kreis wird sich nirgends hin bewegen.

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Um die Rotation der Kreise geht es doch gerade! Diese möchte ich unterbinden und deswegen will ich wissen, wie groß die Tangentialkomponente ist.

Ich mache später ein paar neue Bilder, um das zu verdeutlichen 

Ich hoffe, dass wird dann klarer.

Gruß

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Ich glaube, dass ich die Kraft auf die Befestigungspunkte falsch sehe. Wenn diese radial auf die Befestigungspunkte wirkt, dann ist die tangentiale Komponetnte nämlich 0.

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Jetzt hast du es erfasst.

Genau das versuche ich die ganze Zeit klar zu machen. Es ist egal wie stark du den Kreis belastest, im Idealfall wird dadurch keine Tangentialkraft auftreten.
Die Stäbe bleiben daher in Position bzw. können relativ einfach (ohne große Kraft) geschwenkt werden und die Position des Kreises bleibt gleich.
Siehe dazu auch die Animation von ThoMay: Die Position der Befestigungspunkte am Kreis ändert sich zwar, die Position vom Befestigungspunkt der Stäbe zum Kreis bleibt aber immer gleich.

Die Stäbe werden nur dann auf Grund einer Krafteinwirkung auf den Kreis/Ring bewegt, wenn:
- das System ungenau gefertigt wird (Befestigungspunkt nicht exakt im Mittelpunkt)
- geometrische Nichtlinearitäten --> z.B. durch die Kraft verformt sich der Ring so, dass die "Stabkraft" nicht mehr normal auf den Ring steht.
- irgendwelche Effekte welche 3D vorhanden sind aber 2D nicht berücksichtigt

[Diese Nachricht wurde von qucksalb3r am 01. Jul. 2016 editiert.]

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Setz mal ne gescheide Darstellung rein... Kein Bock alles durchzulesen.

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Es gibt keinen Feierabend... und dann ist die Aufgabe doch einfach, dass man so herangeht, dass man das schafft und dann kann man das auch schaffen und ich hab überhaupt keinen Zweifel.

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