Ist keine Reibung vorhanden, so ist die erforderliche Kraft

h

~P = Q · -~,

l

der Weg = ~l~; also ist die Arbeit =

h

~Q · - · l = Q · h~.

l

Sie ist nur von ~h~ abhängig, also für jede Größe von ~l~ gleich groß

und ebenso groß, wie wenn man den Körper von ~C~ nach ~B~ auf die Höhe

~h~ hebt.

Ist jedoch Reibung vorhanden, so ist sie anzusehen als eine Kraft, die

der Richtung der Bewegung entgegengesetzt ist; ^sie ist abhängig auch

vom Drucke und ihm proportional^. Man nennt das ^Verhältnis der Reibung

zum Druck den Reibungskoeffizienten^ ~c~. Er beträgt für einen Wagen,

der sich auf einer gewöhnlichen Landstraße bewegt, zka. ¹/₇, so daß zum

Bewegen eines Wagens von 1200 _kg_ Gewicht eine Kraft von ¹/₇· 1200 =

170 _kg_ notwendig ist. Wird die Last ~Q~ längs der schiefen Ebene von

~A~ nach ~B~ bewegt, so ist der Druck auf die schiefe Ebene =

b

~Q · -~,

l

also die Reibung =

Q · b

~c · -----~;

l

dazu kommt die Komponente

Q h

~P = ---~;

l

also ist die Gesamtkraft

Q b h

~c · --- + Q -~

l l

erforderlich; da der Weg = ~l~, so ist die

( Q b Q h)

Arbeit ~(AB) = (c --- + ---) · l = c Q b + Q h~.

( l l )

Wird nun der Körper von ~A~ nach ~C~ und dann nach ~B~ bewegt, so ist

von ~A~ nach ~C~ die Reibung zu überwinden = ~c Q~, der Weg = ~b~, also

Arbeit (~AC~) = ~c Q b~; dann ist die Last ~Q~ über die Höhe ~h~ zu

heben; also Arbeit (~CB~) = ~Q h~. ^Die Summe beider Arbeiten ist gleich

der von^ ~A~ ^nach^ ~B~.

Liegt ein Körper auf einer schiefen Ebene, so wirkt die Komponente ~P~

der Schwerkraft parallel der schiefen Ebene nach abwärts; aber die

Reibung wirkt dieser Kraft entgegen. Ist diese Komponente kleiner als

die Reibung, so bleibt der Körper auf der schiefen Ebene liegen und zur

Bewegung nach abwärts muß noch eine Kraft = ~c Q cos α - Q sin α~

angebracht werden (nach aufwärts eine Kraft ~c Q cos α + Q sin α~). Ist

die Komponente größer als die Reibung, so bewegt sich der Körper nach

abwärts mit der Kraft ~Q sin α - c Q cos α~. Ist die Komponente gleich

der Reibung, so bleibt der Körper gerade noch auf der schiefen Ebene

liegen. Der Winkel α, bei dem das stattfindet, berechnet sich aus der

Gleichung ~c Q cos α - Q sin α = 0~; also ~tg α = c~; diesen Winkel

nennt man den ^Reibungswinkel^; umgekehrt kann man aus der Größe des

Reibungswinkels den Reibungskoeffizienten berechnen.

[Abbildung: Fig. 339.]

Man erkennt leicht die Richtigkeit folgenden allgemeinen Satzes: Ist ein

Körper auf einer Ebene und wirken auf ihn beliebig Kräfte in

verschiedenen Richtungen, ^so bleibt er in Ruhe, wenn die Resultierende

sämtlicher Kräfte senkrecht steht auf der Ebene und gegen sie gerichtet

ist^; denn die Ebene übt dann einen gleich großen Gegendruck in

entgegengesetzter Richtung aus, wodurch Gleichgewicht hergestellt wird.

Hiermit behandeln wir den Fall, wenn eine Kraft ~P~ angebracht werden

soll, die ^parallel der Basis^ wirkt (Fig. 339). Die Resultierende von

~P~ und ~Q~ muß senkrecht stehen zur schiefen Ebene. Man findet

Q h

~P = Q tg α = ---~, oder ~P : Q = h : b~;

b

#Kraft verhält sich zur Last, wie Höhe zur Basis#.

Liegt die Last auf der schiefen Ebene und hält man sie mittels

eines Strickes, dem man verschiedene Richtung geben kann, so findet

man die Größe der erforderlichen Kräfte durch Zeichnung der

Kräfteparallelogramme, deren Diagonale senkrecht zur schiefen Ebene

steht. (Fig. 340.) Unter diesen Kräften ~P~, ~P′~, ~P′′~ . . . . ^ist

diejenige die kleinste, die ~∥~ der Ebene wirkt^, die bekannte

Komponente ~P = Q sin α~.

[Abbildung: Fig. 340.]

[Abbildung: Fig. 340~a~.]

Man kann das Problem der schiefen Ebene auch noch auf folgende Art

behandeln. Liegt ein Körper auf einer schiefen Ebene, so wirkt auf ihn

sein Gewicht in vertikaler Richtung, ~Q = KJ~. Er drückt damit auf die

schiefe Ebene und diese übt einen Gegendruck ~D~ aus, welcher

erfahrungsgemäß senkrecht zur schiefen Ebene steht. Auf den Körper

wirken demnach zwei Kräfte, ~Q~ und ~D~, und da die Richtung der

Resultierenden erfahrungsgemäß längs der schiefen Ebene nach abwärts

geht, so kann man die Resultierende mittels des Kräfteparallelogramms

finden. Man macht ~JL ∥ KE~ und ~LC ∥ JK~, so ist die Größe der

Resultierenden ~P = KL~ und die des Gegendruckes ~D = KC~. Man beweist

leicht, daß ~P = Q sin α~, ~D = Q cos α~. Die Kraft ~R~ erscheint nun

als Resultierende der Schwerkraft ~Q~ und des elastischen Gegendruckes

~D~ der schiefen Ebene.

Ebenso kann man in den zwei folgenden Kapiteln die durch Einwirkung der

Kraft ~Q~ hervorgerufenen Gegendrücke ~P~ und ~P~ als Kräfte auffassen,

deren Resultierende im Falle des Gleichgewichtes gleich und

entgegengesetzt ~Q~ sein muß.

Aufgaben:

#170.# Welche Kraft braucht man, um eine Last von 510 _kg_ auf einer

schiefen Ebene zu halten, welche bei 10 _m_ Länge um 115 _cm_ steigt?

Wie groß muß diese Kraft sein, wenn sie parallel der Basis wirkt, oder

wenn sie unter 20° nach aufwärts (oder nach abwärts) gerichtet ist?

#171.# Welche Kraft parallel der schiefen Ebene braucht man, um einen

Körper von 160 _kg_ Gewicht auf einer schiefen Ebene von 34° Neigung zu

halten, wenn die Reibung ¹/₈ beträgt? Welche Arbeit leistet man, wenn

man ihn 260 _m_ längs der schiefen Ebene nach aufwärts bringt?

#172.# Eine Kugel von ~k~ _kg_ Gewicht liegt auf einer schiefen Ebene

von ~α~° Neigung und lehnt sich dabei an ein Brett, welches am Fuße der

schiefen Ebene in vertikaler Richtung aufgestellt ist. Welchen Druck

übt die Kugel auf die schiefe Ebene und welchen auf das Brett aus?

#173.# Eine Last von 145 _kg_ liegt auf einer schiefen Ebene von 20°

Neigung und wird gehalten durch einen Strick, der unter 45° nach abwärts

geneigt ist. Welche Kraft muß längs des Strickes wirken und wie stark

drückt die Last auf die schiefe Ebene?

#174.# Welche Kraft ist erforderlich, und welche Arbeit wird geleistet,

wenn ein Wagen von 27 Ztr. Gewicht auf einer Straße von 5½% Steigung und

¹/₈ Reibung 265 _m_ weit nach aufwärts (nach abwärts) gefahren wird?

#175.# Ein Steinblock von 15 Ztr. Gewicht soll über eine schiefe Ebene

von 20° Steigung heraufgeschleift werden. Er wird an einem Seil

befestigt, welches parallel der schiefen Ebene läuft und sich an der

Seiltrommel eines Haspels aufwickelt. Der Durchmesser der Seiltrommel

ist 28 _cm_, die Kurbellänge 54 _cm_. Mit welcher Kraft wird das Seil

gespannt, wenn der Stein auf der schiefen Ebene eine Reibung hat, die

¹/₃ des Druckes beträgt und welche Kraft muß an der Kurbel wirken, um

den Stein heraufzuschleifen, wenn im Haspel noch 10% durch Reibung

verloren gehen?

[Abbildung: Fig. 341.]

Lehrbuch der Physik zum Schulgebrauche. · 第 279 / 340 题