Frage: Eine Kugel rollt ohne zu rutschen und bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einem Brett . Die Reibung zwischen der oberen Oberfläche der Planke und die Kugel reicht aus, um ein Verrutschen zu verhindern. Die Reibung zwischen Planke und Boden ist vernachlässigbar. Anfangs Planke , wird mit Hilfe eines Stiftes am Boden befestigt . Wie wird die Bewegung von Kugel und Planke beeinflusst, wenn der Stift wird plötzlich entfernt?
Meiner Meinung nach sollte sich das Brett in entgegengesetzter Richtung zur Kugel bewegen, da der Schwerpunkt in Ruhe bleiben muss.
Aber nach der Erklärung meines Lehrers bleibt die Bewegung von Planke und Kugel unbeeinflusst, weil da in Frage steht, dass sich diese Kugel mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, was keine Beschleunigung bedeutet. Dies impliziert, dass keine Kraft wirkt, daher würde keine Reibung zwischen Planke und Kugel wirken. Diese Erklärung erscheint mir seltsam.
Bitte geben Sie eine angemessene Erklärung und weisen Sie auf alle Fehler in einer der oben genannten Erklärungen hin. Alle Vorschläge werden massiv geschätzt.
Dies ist in der Tat ein heikles Konzept. Stellen Sie sich einen vollkommen starren Zylinder auf einer vollkommen starren horizontalen Ebene vor, der sich senkrecht zu seiner Achse bewegt. Der Radius des Zylinders sei , seine Geschwindigkeit sein und seine Winkelgeschwindigkeit durch .
Wenn keine Reibung zwischen Zylinder und Ebene vorhanden ist, läuft der Zylinder konstant weiter Und für immer. Es ist nicht notwendig für . Und sind voneinander unabhängig.
Bei ausreichender Reibung zwischen Zylinder und Ebene bzw , Reibung wird so wirken, dass der Zylinder endet mit . An dieser Stelle einmal , es wird überhaupt keine Reibung geben. Der Zylinder wird weiterhin mit für immer. Die Geschwindigkeit des Kontaktpunktes in Bezug auf die Ebene ist Null.
Es ist die gleiche Idee mit einem Block auf einem rauen Tisch: Wenn keine Kraft auf den Block drückt und der Block keine Geschwindigkeit relativ zum Tisch hat, gibt es keine Reibung.
Zusammenfassend funktioniert Reibung also nur dann, wenn der Kontaktpunkt des Zylinders "versucht", gegenüber der Oberfläche zu rutschen. Mit anderen Worten, wenn Sie solche Probleme angehen, müssen Sie überlegen, ob wird immer noch zufrieden sein, wenn Sie die Reibung "ausschalten". Ist sie auch ohne Reibung noch erfüllt, dann wirkt Reibung überhaupt nicht.
Es mag Sie überraschen, dass die Reibungskraft zwischen der Kugel und dem horizontalen Brett, wenn die Kugel ohne Rutschen mit konstanter Geschwindigkeit über das Brett rollt, null ist .
Dies muss so sein, da die einzig mögliche horizontale Kraft auf die Kugel die Reibungskraft auf sie aufgrund der Planke ist und diese horizontale Reibungskraft auf die Kugel, wenn sie existierte, bedeuten würde, dass sich die Kugel nicht mit konstanter Geschwindigkeit bewegen würde.
Es gibt also keine horizontale Wechselwirkungskraft zwischen der Kugel und dem Brett.
Außerdem bewegt sich der Schwerpunkt des Systems zunächst mit konstanter Geschwindigkeit (bevor der Stift entfernt wird). Da keine äußere Kraft auf das System einwirkt (geschlossenes System), bewegt sich die COM mit der gleichen Geschwindigkeit weiter (aufgrund der Kugelbewegung) und das Brett bleibt in Ruhe.