Kräftevektoren

In den folgenden Beispielen werden Anwendungen und Berechnungen von Vektoren in Einzelschritten erklärt. Die meisten Anwendungen kommen aus dem Bereich Maschinenbau und Mechatronik, manche auch aus Physik und Mathematik. Entscheidend ist die Frage, ob die resultierende Kraft gesucht ist, oder die Kompensation der resultierenden Kraft, wie beim Freistellen z.B. Haltekraft auf einer schiefen Ebene, Zugentlastung eines Mastes, etc.


Kräftediagramm eines Blocks auf einer geneigten Ebene mit Normalfkraft Fz, Horizontalkraft Fh, Gewichtskraft Fg und Reibungskraft Fn. Winkel α und β m

Wagen auf schiefer Ebene

Allgemeine Betrachtung der Kräfteverhältnisse eines Wagens auf einer schiefen Ebene. Es werden auch die Extremwerte waagrecht und senkrecht in die Überlegungen einbezogen.

In diesen Beispielen ergibt sich die Möglichkeit, die theoretischen Vektorzusammenhänge genau  zu betrachten.

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Vektordiagramm zeigt die Zusammensetzung zweier Kräfte F1 und F2 zu resultierender Kraft Fres mit Komponenten auf X- und Y-Achse

Addition zweier Vektoren

In dieser PowerPointPräsentation werden zwei Kräfte zu einer resultierenden Kraft addiert. Im ersten Teil wird die Vektoraddition allgemein erklärt und eine einfache grafische Lösung angeboten.

Im zweiten Teil wird eine Lösung mit vereinfachten Voraussetzungen erklärt, bei der auch die exakte Berechnung der Kräfte und Winkel in Einzelschritten dargestellt ist.

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Kraftzerlegung an Punkt A mit drei Kräften: F1=500N im 80°-Winkel, F2=300N und resultierender Kraft Fz auf horizontaler Achse. Gesucht: Winkel γ und K

Konkrete Berechnug einer Vektorenaufgabe

In dieser PowerPointPräsentation wird auf Grund von konkreten Angaben die Berechnung von Kräften, die auf einen Mast wirken, in Einzelschritten erklärt.

Die theoretischen Grundlagen werden in der vorherigen PowerPointPräsentation „vektoren-1.ppsx“ auch in Einzelschritten erarbeitet.

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Netzwerk-Diagramm mit mehrfarbigen Verbindungslinien zwischen verschiedenen Knoten, geometrische Struktur mit roten, blauen, orangefarbenen und schwar

Mehrere Vektoren grafisch addieren

An einem Punkt wirken viele Kräfte in verschiedenen Richtungen. Bei drei Beispielen wird die Lösung in Einzelschritten gezeigt.

Es sind auch noch andere Angaben enthalten.

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Statisches Balkendiagramm mit drei Auflagerkräften F und verteilten Lasten, zeigt Längenmaße l, l₂ und l₃ sowie Kraftvektoren.

Vektoren an einem belasteten Träger

In acht verschiedenen Beispielen aus dem Bereich Maschinenbau werden Berechnungen von belasteten Trägern oder Wellen in Einzelschritten erklärt.

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Statisches Fachwerk-Tragsystem mit horizontalen Spannweiten von 1,7m und 0,7m, vertikaler Last von 25kN und Stützweite von 0,75m. Dargestellt sind Krä

Kräfte auf einem Krangeschirr

In diesem Beispiel wird ein Last an einem Krangeschirr über zwei Ketten gehoben.

Die Kräfte in den Ketten und in den Seilen sind zu berechnen.

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Rechteckiger Behälter mit drei Kreisen unterschiedlicher Größe (M1, M2, M3), die mit Kräften F1, F2 und F3 gekennzeichnet sind. Die Kreise sind vertik

Drei Zylinder in einer Schachtel

In einer Schachtel (rechteckiger Behälter) sind drei Zylinder übereinander gelagert. In der originalen Aufgabe ist ein Kasten angegeben, aber bei einer Größe von einigen cm ist wohl der Begriff Schachtel angemessener.

Die Kräfte, die an die Wände der Schachtel drücken, sind zu berechnen. Die Aufgabe ist in Einzelschritten erklärt und gelöst.

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Kräftediagramm mit vier Kräften (F1=400N, F2=350N, F3=300N, F4=500N) an einem Angriffspunkt mit verschiedenen Winkeln (40°, 30°, 10°) applied to a rec

Vier Kräfte ziehen einen Wagen

Ein Wagen wird von vermutlich vier Menschen gezogen, die nicht parallel anziehen können, daher wirken ihre Kräfte vom Angriffspunkt in verschiedenen Richtungen.

Es ist die gemeinsame Zugkraft zu ermitteln.

Es wurde die rechnerische und die grafische Lösung dargestellt.

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Vektorenberechnung Tabelle mit Eingabefeldern für Kräfte, Winkel und Ergebnisse von Kraft-Komponenten in X- und Y-Richtung

Excel-Berechnungstabelle für Vektoren

In dieser selbst rechnenden Tabelle können bis zu sieben Kräfte mit Betrag und Winkel eingetragen werden und die resultierende Kraft wird mit Betrag und Winkel errechnet.

Die Berechnung wird über die X- und Y-Komponenten der Eingabekräfte durchgeführt.

Wichtig ist die Beachtung der Vorzeichen!

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Statische Analyse eines Seils zwischen zwei Wänden mit 200 kg Last und 150° Winkel zur Bestimmung der Spannkräfte

Beispiele von Kräftevektoren mit grafischer Lösung

In fünf Beispielen werden Kräfte in Seilen verschiedener Anwendung gezeigt und die Lösungen grafisch in Einzelschritten erarbeitet.

Die rein rechnerischen Lösungen werden in einem anderen Dokument zukünftig angeboten werden.

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Kräftediagramm mit vier Kräften F1 bis F4, resultierender Kraft Fr=29,2N und Winkel von 126,8°. Maßstab 1mm=1N.

Vorläufige Beispiele mit Kräftevektoren

Einige Textaufgaben für Vektorenberechnung aus dem Bereich Maschinenbau.

Dieses vorläufige Dokument wird später als PowerPointPräsenation herausgegeben werden.

Es gilt bei allen Aufgaben zunächst eine Skizze der Kräfteverhältnisse aus dem Text heraus zu zeichnen. Danach müssen die Vektoren zur resultierenden Kraft zusammengesetzt werden. Dann erfolgt die Berechnung mit den Summen der X- und Y-Komponenten der Einzelkräfte.

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Statisches Tragwerk mit vertikalen Stützen von 1,5m und 3m, horizontaler Spannweite von 4m, Knotenpunkt Z oben rechts und Kraft F=20kN, Knoten H und D

Kräfteverhältnisse eines Drehkranes

Es sind die Kräftevektoren und deren X- und Y-Komponenten zu berechnen. Da es sich um ein allgemeines Dreieck (ohne rechten Winkel) handelt, ist die Zerlegung dieses Dreieckes eine Lösung zur Berechnung.

Die Lösung mittels Sinussatzes ist auf einer zweiten Seite erklärt.

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Statisches Kräftediagramm eines Balkens mit Auflagerreaktionen, Stützkräften S1 und S2, sowie vertikalen Lasten F1, F2 und F3 von 50kN.

Ausbalanzierte Last an einem Kranhaken

Ein Maschinenteil hängt an zwei Seilen und wird mit einem Kran gehoben. Es sind die Kräfte in den schrägen Seilen zu berechnen.

Auch die Gewichtskraftaufteilung des Maschinenteiles auf beide Aufhängungen, ist eine zu lösende Aufgabe dabei.

 

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