Rückstellkraft: Unterschied zwischen den Versionen
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Die '''Rückstellkraft''' ist eine [[Kraft]], die auf eine | Die '''Rückstellkraft''' ''F''<sub>r</sub> ist eine [[Kraft]], die auf eine aus ihrer [[Ruhelage]] heraus bewegte [[Masse (Physik)|Masse]] wirkt. Die Rückstellkraft wirkt hierbei zurück in Richtung der Ruhelage dieser Masse, sie will die Masse in ihre Ruhelage "zurückstellen". | ||
Die Rückstellkraft tritt z. B. bei [[Auslenkung]]en von elastischen [[Feder (Technik)|Feder]]n auf: | |||
:*Bei Anwendung in [[Messgerät]]en ist sie dem Wert der Messgröße proportional, z. B. dem der elektrischen [[elektrische Stromstärke|Stromstärke]] in einem [[Drehspulmesswerk]]. | :*Bei Anwendung in [[Messgerät]]en ist sie dem Wert der Messgröße [[proportional]], z. B. dem der elektrischen [[elektrische Stromstärke|Stromstärke]] in einem [[Drehspulmesswerk]]. | ||
:*Beim Schwingen eines [[Feder-Masse-System]]s wirkt sie wiederholt in wechselnder Richtung zur Ruhelage der Masse, z. B. beim [[Federung (Fahrzeug)|Federn eines Fahrzeugs]]. | :*Beim [[Schwingung|Schwingen]] eines [[Feder-Masse-System]]s wirkt sie wiederholt in wechselnder Richtung, jedoch immer zur Ruhelage der Masse, z. B. beim [[Federung (Fahrzeug)|Federn eines Fahrzeugs]]. | ||
Eine Rückstellkraft kann auch an einem Körper wirksam werden, wenn er in eine tiefere Lage mit geringerer [[potentielle Energie|potentieller Energie]] frei beweglich ist, z. B. ein [[freier Fall|fallen]] gelassener Stein | Eine Rückstellkraft kann auch an einem Körper wirksam werden, wenn er in eine tiefere Lage mit geringerer [[potentielle Energie|potentieller Energie]] frei beweglich ist, z. B. ein [[freier Fall|fallen]] gelassener Stein. | ||
== Rückstellkraft bei Schwingungen == | == Rückstellkraft bei Schwingungen == | ||
[[Datei: Federpendel.gif|mini|Rückstellkraft bei einem Federpendel]] | |||
Bei [[Fadenpendel]]n oder [[Wasserpendel|Wassersäulen in U-Rohren]] entsteht wiederholte Bewegungsumkehr (von der [[Schwerkraft]] angeregte Schwingung). | |||
Bei Abwesenheit bzw. Vernachlässigung anderer Kräfte gilt: Beim Anwachsen der Auslenkung von der Ruhelage | Bei Abwesenheit bzw. Vernachlässigung anderer Kräfte gilt das [[Newtonsche Gesetze #Zweites Newtonsches Gesetz|2. Newtonsche Gesetz]]: Beim Anwachsen der Auslenkung von der Ruhelage führt die Rückstellkraft zu einer Verringerung der [[Geschwindigkeit]] (negative [[Beschleunigung]]) der schwingenden Masse und beim Abnehmen der Auslenkung zu einer Vergrößerung der Geschwindigkeit (positive Beschleunigung). | ||
An den | An den [[Endlage|Umkehrpunkt]]en der Schwingung erreicht die Rückstellkraft jeweils ihren Maximalwert. An den Nulldurchgängen, d. h. beim Passieren der Ruhelage, ist die Rückstellkraft gleich Null. | ||
Wenn sich die Rückstellkraft zur Auslenkung | Wenn sich die Rückstellkraft proportional zur Auslenkung verhält, spricht man von einer [[Harmonische Schwingung|harmonischen Schwingung]]. Bei elektrischen [[Schwingkreis|Schwingkreisen]] ist das Äquivalent zur mechanischen Rückstellkraft die [[elektrische Spannung]]. | ||
== Beispiel == | == Beispiel == | ||
Für das Federpendel gilt näherungsweise: | Für das [[Federpendel]] gilt näherungsweise: | ||
:<math>F_\mathrm{r} = -D\cdot s</math> | :<math>F_\mathrm{r} = -D\cdot s</math> | ||
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* ''s'' = Auslenkung. | * ''s'' = Auslenkung. | ||
Das [[Minuszeichen]] bewirkt, dass die Rückstellkraft und die Auslenkung des Pendels entgegengesetzt gerichtet sind; interessiert man sich lediglich für die [[Absoluter Betrag|Beträge]] der beteiligten Größen, so kann das Minuszeichen weggelassen werden. | |||
== Siehe auch == | == Siehe auch == | ||
Aktuelle Version vom 16. September 2021, 10:14 Uhr
Die Rückstellkraft Fr ist eine Kraft, die auf eine aus ihrer Ruhelage heraus bewegte Masse wirkt. Die Rückstellkraft wirkt hierbei zurück in Richtung der Ruhelage dieser Masse, sie will die Masse in ihre Ruhelage "zurückstellen".
Die Rückstellkraft tritt z. B. bei Auslenkungen von elastischen Federn auf:
- Bei Anwendung in Messgeräten ist sie dem Wert der Messgröße proportional, z. B. dem der elektrischen Stromstärke in einem Drehspulmesswerk.
- Beim Schwingen eines Feder-Masse-Systems wirkt sie wiederholt in wechselnder Richtung, jedoch immer zur Ruhelage der Masse, z. B. beim Federn eines Fahrzeugs.
Eine Rückstellkraft kann auch an einem Körper wirksam werden, wenn er in eine tiefere Lage mit geringerer potentieller Energie frei beweglich ist, z. B. ein fallen gelassener Stein.
Rückstellkraft bei Schwingungen
Bei Fadenpendeln oder Wassersäulen in U-Rohren entsteht wiederholte Bewegungsumkehr (von der Schwerkraft angeregte Schwingung).
Bei Abwesenheit bzw. Vernachlässigung anderer Kräfte gilt das 2. Newtonsche Gesetz: Beim Anwachsen der Auslenkung von der Ruhelage führt die Rückstellkraft zu einer Verringerung der Geschwindigkeit (negative Beschleunigung) der schwingenden Masse und beim Abnehmen der Auslenkung zu einer Vergrößerung der Geschwindigkeit (positive Beschleunigung).
An den Umkehrpunkten der Schwingung erreicht die Rückstellkraft jeweils ihren Maximalwert. An den Nulldurchgängen, d. h. beim Passieren der Ruhelage, ist die Rückstellkraft gleich Null.
Wenn sich die Rückstellkraft proportional zur Auslenkung verhält, spricht man von einer harmonischen Schwingung. Bei elektrischen Schwingkreisen ist das Äquivalent zur mechanischen Rückstellkraft die elektrische Spannung.
Beispiel
Für das Federpendel gilt näherungsweise:
- $ F_{\mathrm {r} }=-D\cdot s $
mit
- D = Federkonstante
- s = Auslenkung.
Das Minuszeichen bewirkt, dass die Rückstellkraft und die Auslenkung des Pendels entgegengesetzt gerichtet sind; interessiert man sich lediglich für die Beträge der beteiligten Größen, so kann das Minuszeichen weggelassen werden.
Siehe auch
- Direktionsmoment