Mechanik
Reibungsrampe
Beobachte, wie der Block liegen bleibt — verringere dann seine Haftreibung (μs), bis er die Schwelle (μs = tan 30° ≈ 0,58) unterschreitet und rutscht.
Reibungsrampe — interaktive Mechanik-Simulation. Beobachte, wie der Block liegen bleibt — verringere dann seine Haftreibung (μs), bis er die Schwelle (μs = tan 30° ≈ 0,58) unterschreitet und rutscht. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Haftreibung auf einer Rampe
Reibung wirkt dem Rutschen entgegen. Auf einer Rampe bleibt der Block liegen, bis die Hangabtriebskomponente der Schwerkraft die maximale Haftreibung übersteigt.
Der kritische Winkel erfüllt tan θ = μ. Unterhalb dieses Winkels bleibt der Block in Ruhe; oberhalb rutscht er. Die Rampe dieses Presets ist fest auf 30° eingestellt; senke den statischen Reibbeiwert (μs) des Blocks im Eigenschaften-Panel, bis er unter tan 30° ≈ 0,58 fällt, und finde den Schwellenwert.
- μₛ = tan θ_kritisch
- F_Reibung ≤ μₛ N
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Leitfrage
Ein Block sitzt auf einer festen 30°-Rampe und wird derzeit durch Haftreibung an Ort und Stelle gehalten. Wenn Sie die Reibung zwischen dem Block und der Rampe verringern, beginnt der Block dann zu rutschen – und an welchem Punkt?
Vorhersagen zum Abwägen
- Es gelten nacheinander zwei Regeln. Der Block hält bei jedem μs ≥ tan(30°) ≈ 0.58, unabhängig von der Masse — und sobald er sich löst, bestimmt μk, nicht μs, wie schnell er beschleunigt.
- Der Block rutscht jedes Mal etwas mehr, wenn Sie μs verringern, auch wenn μs noch über tan(30°) liegt – die Reibung wird nur allmählich schwächer.
- Ein schwererer Block benötigt weniger μs, um zu rutschen als ein leichterer – auch die Masse beeinflusst den Schwellenwert.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Blockmasse (kg)
- Statische Reibung (μs)
- Gleitreibung (μk)
Was Sie messen:
- Schwerkraft entlang der Rampe (N)
- Geschwindigkeit nach 1 s (m/s)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Preset „Reibungsrampe“. Beachten Sie den festen Neigungswinkel der Rampe (30°) und den darauf sitzenden Block, der derzeit durch Reibung statisch gehalten wird.
- Stellen Sie im Eigenschaften-Panel (oder über einen geteilten Link) die Haftreibungszahl (μs) und die Gleitreibungszahl (μk) des Blocks für diesen Versuch ein. Halten Sie μk ≤ μs ein — die App erzwingt das, denn eine Oberfläche kann in Ruhe nicht weniger greifen als beim Gleiten. Die Masse bleibt fest.
- Führen Sie die Simulation einige Sekunden lang durch und lesen Sie die Geschwindigkeit des Blocks an der Sonde ab. Notieren Sie, ob es in Ruhe blieb oder zu rutschen begann.
Maßgebende Gleichung
Schwerkraftkomponente entlang der Steigung — F = m·a
F = m·a mit a = g sin θ ergibt den Anteil des Blockgewichts, der ihn den Hang hinunterzieht. Die Haftreibung muss ihn vollständig aufheben, damit der Block liegen bleibt; sobald der Block gleitet, hebt die Gleitreibung nur einen Teil davon auf.
Gleitreibungskraft — f_k = μ_k·m·g·cos θ
… Die Masse kürzt sich dabei vollständig heraus — deshalb hängen die gleitenden Zeilen unten nicht von ihr ab.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für jede Zeile tan(30°) und vergleichen Sie ihn mit Ihrem μs-Wert. Sagt dieser Vergleich voraus, ob der Block in Ruhe bleibt?
- Zeilen 1–2 bleiben liegen; Zeilen 3–5 gleiten, mit drei verschiedenen Raten. Erkläre, warum die Masse SOWOHL aus der Haftreibungsbedingung ALS AUCH aus der Gleitbeschleunigung herausfällt, obwohl diese Zeilen drei verschiedene Massen verwenden.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Es gibt zwei Wege, den Block loszulösen: μs unter tan(30°) ≈ 0.577 senken oder die Rampe steiler stellen, bis der Winkel atan(μs) ≈ 35° überschreitet. Probiere beides aus. Sind das wirklich zwei Schreibweisen derselben Bedingung?
- Eine Wanderschuhsohle und ein glatter Anzugschuh haben auf demselben nassen Weg sehr unterschiedliche μs-Werte. Erklären Sie anhand dieses Experiments, warum einer an einem steilen Hang viel sicherer ist als der andere.
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- Willkommen bei der Reibungsrampe
- Kasten auswählen
- Abspielen drücken
- Kritische Reibung finden
- Daten öffnen
- Geschafft!
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.