Physik Forum

[Sizu]

Hallo an alle,
bräuchte bei folgender Aufgabe ein paar Gedankenanstöße:

Ein Maxwellrad bestehe aus einem dünnen Metallring (Radius R = 5 cm Masse M = 0,5 kg) und vier symmetrisch angeordneten Speichen (Länge L = R, Masse m = 0,1 kg). Es ist über einen praktisch masselosen Stab mit Radius r = 0,5 cm und zwei Schnüren der Länge l = 50 cm an einer Stativstange aufgehängt. Die Schnüre werden aufgewickelt und das Rad stoßfrei losgelassen.

a)Welches Trägheitsmoment besitzt das Maxwellrad bezüglich einer Rotation um seine Symmetrieachse?
b) Mit welcher Beschleunigung bewegt sich das Rad abwärts?
c) Welche Kraft wirkt dabei auf die Stativstange?
d) Welche abwärtsgerichtete Geschwindigkeit hat das Rad kurz bevor die beiden Schnüre vollständig abgewickelt sind?
e) Am Ende der Abrollbewegung wird das Maxwellrad seine Bewegungsrichtung umkehren. Welche mittlere Kraft wirkt während des Umkehrvorgangs zusätzlich auf die Stativstange?

Ich habe bereits angefangen, die Aufgabe zu lösen, allerdings habe ich noch ein paar Fragen:

a) Ich hab angesetzt, dass das gesamte Trägheitsmoment das des Rades ist und das der Stange. Dann hab ich zunächst festgestellt, dass die Stange kein Trägheitsmoment hat, da sie ja sozusagen keine Masse hat.
Am Schluss steht bei mir folgende Formel:
J=0,5*(M+4m)*(R)^2
J= 1,25*10^(-3)kg*m^2
Mir geht es hauptsächlich darum, ob die Formel überhaupt passt, da sich meine restlichen Ergebnisse auf diese Formel beziehen.

b)
a=r*Alpha mit Alpha=M/J folgt:
a=(r*M)/J
Somit am Ende die Formel:
a=(2*r^2)/(R)^2 * g
a= 0,1962 m/s^2 ~ 0,20 m/s^2

c)Ich hab folgendermaßen angesetzt, dass F = m*a und dann einfach für m = m(ges) = M+4m und a aus Teilaufgabe b eingesetzt.
Folglich bekomme ich am Ende für die Kraft heraus:
F = Fg * (2r^2)/(R^2)
F = 0,17658 N ~ 0,18 N

Von nun an, habe ich so gut wie gar nichts mehr. Ich würde vermuten, dass ich die Teilaufgabe d) mithilfe eines Energieansatzes lösen könnte, also sozusagen: E(pot) zum Zeitpunkt t=0 ist gleich E(kin) am tiefsten Punkt, also wenn die Schnüre abgerollt sind.

Probleme bereitet mir vor allem Teilaufgabe e). Da hab ich überhaupt keine Ahnung, wie ich da irgendwas berechnen soll.

Ich bin schon im Voraus für Hilfe dankbar ^^

[Chrustyjoe]

Du studierst nicht zufällig in Bayreuth Physik???

Sitz vor der gleichen Aufgabe und habs noch net ganz gelöst....
mfg
Chris