Massediskussion, Trägheit und Physik

Es gibt 37 Antworten in diesem Thema, welches 2.872 mal aufgerufen wurde. Der letzte Beitrag (27. November 2013 um 09:48) ist von Udo1865.

    Hallo Mitglieder,

    ich bin gestern auf eine Artikel gestoßen der mir Kopf zerbrechen bereitet. Vor allem das Statement das Preller praktisch vom Kolbengewicht leben sollen entzieht sich meiner Logik.

    Zitat:

    "Was ich bei dieser Bearbeitung als problematisch befürchte , ist die von dir erwähnte Gewichtseinsparung am Kolben.
    Das Könnte sich als negativ herausstellen in Bezug auf die V0, denn einige Preller " leben " praktisch :!: vom Kolbengewicht, d. h. durch das Trägheitsverhalten des Kolbens wird erst die Leistung der Waffe endscheident beeinflusst. :?: "

    Mein Gedanken dazu.

    Eine Standart-Feder habe eine Länge von 24cm und leistet in einem Gewehr eine V0 von x.
    Nun längen wird die besagte Feder um 2 cm ab, ergo ist die Feder nur noch 22 cm lang.
    Um die Grundspannung wieder auf das Ausgangverhältnis zu bringen, lagern wir nun stattdessen einen 2 cm langen und 95g schweren Sengbleiklumpen (hohe Dichte, hohes Gewicht, bei wenig Volumen) vor.

    Die Feder sollte doch jetzt wieder ihre gewöhnliche Spannung haben, sodass die V0 in Höhe von x, zur Ausgangslage, gleich ist,wobei einzig die Masse des ganzen Systems zugenommen hat.

    Richtig oder Falsch ?(

    M.E. falsch.

    Die Spannung ist insgesamt etwas höher, da die verbleibenden Windungen jetzt etwas enger beieinander liegen (lag die Feder vorher im gespannten System schon auf Block, so funktioniert das System übrigens nicht mehr).
    Die Masse des Kolbens könnte allerdings jetzt so hoch sein, dass der Kolben dennoch auf eine geringere Geschwindigkeit beschleunigt wird, was den Verdichtungsimpuls verringert.


    Stefan

    die einzige Energie, die mein Geschoss antreibt, kommt von der (meiner) aufgewendeten Energie beim Spannen der Waffe-also aus der Muskelkraft. Abgesehen von der Reibung im System beeinflusst die Masse des Kolbens m.E. die E null dahingehend, dass ich einen erhöhten Energieaufwand für die Beschleunigung einer größeren Masse hatte! D.h. : je schwerer der Kolben, desto langsamer die Leistungsenfaltung und je mehr Energieeintrag geht zunächst in die Beschleunigungsarbeit . Letztendlich hat sich aber nach dem Entspannen der Feder die gesamte eingebrachte Energie umgesetzt. Was bedeutet: E null sollte gleich sein wenn ich von der Charakteristik beim Druckaufbau absehe.
    Richte ich die Waffe senkrecht nach oben, sieht das anders aus, denn dann verrichte ich zusätzlich Hubarbeit. Der Kolben hat dann Lageenergie (potenzielle Engergie) aufgenommen...E null ist dann geringer als mit leichtem Kolben.

    @zielvier

    Je langsamer der Kolben die Luft komprimiert, desto weniger E0 wid man haben. Man muss bedenken, dass das LG nicht Luftdicht abgeschlossen ist und bei zu langsamer Komprission daher weniger Druck aufgebaut wird.

    Ich habe mich zwar noch nicht mit "Federphysik" befasst.
    Aber rein logisch betrachtet:
    Ich kürze eine Feder um die Hälfte, ersetze den halben Raum mit einem Festkörper.
    Dann habe ich am Ende die halbe Kraft. Oder nicht?
    In deinem Beispiel wird von 24cm um 2cm gekürzt. Das sind knapp 10 Prozent, weniger Feder und weniger Kraft.
    Vielleicht habe ich aber auch deine Beschreibung nicht ganz verstanden.

    Gruß Udo

    Einmal editiert, zuletzt von Udo1865 (20. November 2013 um 08:57)

    Zitat von Udo1865

    Dann habe ich am Ende die halbe Kraft. Oder nicht?


    Jein.
    Jede einzelne Windung bringt die volle Kraft, natürlich nur, wenn sie genausoweit komprimiert wird.
    Die Frage ist also die, wie weit wurde jede Windung vorher komprimiert und wie weit wird sie es nach der Änderung.
    Ohne die Längenverhältnisse im System zu kennen ist es also unmöglich, genaue Aussagen zu treffen.


    Stefan

    Masse dürfte bei der Energieerzeugung eine Rolle spielen. Ein möglichst leichter Kolben würde für maximale Beschleunigung (mit einer ungünstigen Impulsspitze) und minimalen Rückstoß sorgen.

    Cardew und Ernst G. Dieter sprechen vom Kolbenrückprall, der bis zu 15 % des Gesamtweges betragen soll.

    Damit der Kolben nicht einfach da stoppt, wo ein Kraftgleichgewicht zwischen Feder und Luftdruck entsteht, muß vorm Kolben Kraft entstehen (zusätzliches Volumen durch Verbrennung von Ölnebel) oder sich eine vorwärtsbewegende verbraucht haben.

    Durch die Massenträgheit geht der Kolben über den o.g. Gleichgewichtspunkt hinaus. Der Trägheitsimpuls ist Masse mal Geschwindigkeit.
    Gibt es keine Geschwindigkeit mehr, ist er verbraucht. Da nun der Luftdruck höher ist als der Federdruck, gehts ein Stück zurück.

    Mehr Masse bewirkt mehr Trägheitsimpuls, aber nur, wenn man sie auf die gleiche Geschwindigkeit kriegt.

    Eine Luftfeder schafft mit 12 - 13 bar hinterm Kolben 7,5 J. Das geht nur, wenn die träge Masse nachdrückt. Eine PCP würde damit keinen Hering vom Teller ziehen.

    Die HW 90 hat ein Trägheitsgewicht: ein Zylinder mit einem Luftloch, 2 O-Ringe außenrum liegen an der Innenwand des Kolbens.
    Beim Start geht das Gewicht langsamer nach vorn ( = weniger Rückstoß). Stoppt der Kolben, drückt das Gewicht noch nach.
    http://kpcustomairguns.myfastforum.org/sutra1670.php

    Andreas

    drücke ich eine feder mit 500 N zusammen, dann entscheidet bei konstanter federrate der weg, wie viel energie in der feder steckt. bei bedingung: zusammendrücken bis auf block: lange feder = viel energie; kurze feder = wenig energie.

    kürze ich eine feder, dann steckt definitiv weniger energie im system, es sei denn, ich presse beide nur um den gleichen weg x zusammen...

    also: 24 cm-feder auf 14 endlänge gedrückt ist wie 22-cm feder auf 12 endlänge gedrückt - da beißt die maus keinen faden ab ;)

    Zitat von gilmore

    Cardew und Ernst G. Dieter sprechen vom Kolbenrückprall, der bis zu 15 % des Gesamtweges betragen soll.

    Soll das jetzt heißen, das nach dem Aufprall, der Kolben zurück federt und die nun wieder völlig entspannte Feder kurzzeitig eindrückt`? -> Das würde bedeuten, das sich das Volumen wieder vergrößert, und damit der Luftdruck im System kurzzeitig abnimmt. Wie eine Art Sog.

    Und hab ich das richtig verstanden, mehr Masse reduziert den Rückpall?

    Zitat von gilmore

    Die HW 90 hat ein Trägheitsgewicht: ein Zylinder mit einem Luftloch, 2 O-Ringe außenrum liegen an der Innenwand des Kolbens.

    Beim Start geht das Gewicht langsamer nach vorn ( = weniger Rückstoß). Stoppt der Kolben, drückt das Gewicht noch nach.

    http://kpcustomairguns.myfastforum.org/sutra1670.php


    Davon hab ich noch nichts gehört. Klingt aber interessant gibt es sowas auch für ne HW 77/97`?

    Zitat von SunburstOfLaw

    Soll das jetzt heißen, das nach dem Aufprall, der Kolben zurück federt und die nun wieder völlig entspannte Feder kurzzeitig eindrückt`? -> Das würde bedeuten, das sich das Volumen wieder vergrößert, und damit der Luftdruck im System kurzzeitig abnimmt. Wie eine Art Sog.

    Und hab ich das richtig verstanden, mehr Masse reduziert den Rückpall?


    Nach dem Aufprall auf das Luftpolster federt der Kolben tatsächlich zurück.
    Hat der Kolben mehr Masse, so federt er nicht so weit zurück, eben weil seine bewegte Masse eine gewisse Trägheit besitzt.

    Die gesamte Geschichte im LG ist eine sehr komplizierte: Kolbengewicht, Kolbendurchmesser, Vorspannung, Endspannung und Kolbenweg sind alles Faktoren, und das Endergebnis hängt auch noch sehr von der Haftreibung des Dias ab.


    Stefan

    Zitat von zielvier

    also: 24 cm-feder auf 14 endlänge gedrückt ist wie 22-cm feder auf 12 endlänge gedrückt - da beißt die maus keinen faden ab ;)

    das seh ich auch so. Die Systeme in Luftdruckwaffen, haben ja nur einen begrenzten, immer selben Arbeitsweg zur Verfügung.

    D.h. man kann da zwar länge Federn einquetschen, dann erhöht sich die ominöse Vorspannung (wobei nur das Material ständig belastet wird und dann ermüdet = Feder schrumpft), aber letzten Endes, kann ich die Feder ja nur um meine 10 cm spannen und dann auch nur entsprechend viel Energie wieder herausbekommen. (Reibungsverluste vernachlässigt)

    Insofern sollte eine kürzere 22er Feder die selbe V0 bringen wie die 24er. weil 10 cm sind 10 cm....aber zurück zur Masse.


    ich überlege gerade entsprechend der Formel E = m/2 * v² was mit steigender Masse passiert, wenn v2 der Feder nur unterproportional fällt.

    Zitat von SunburstOfLaw

    dann erhöht sich die ominöse Vorspannung (wobei nur das Material ständig belastet wird und dann ermüdet = Feder schrumpft), aber letzten Endes, kann ich die Feder ja nur um meine 10 cm spannen und dann auch nur entsprechend viel Energie wieder herausbekommen.


    Das sieht Gamo aber eindeutig anders.
    Dort werden aber die Systeme auch über das weglassen von Federvorspannbolzen gedrosselt.
    Die Tunningsets für die HW97 werden auch über Unterlegscheiben eingestellt.
    Die Federvorspannung spielt schon eine Rolle.


    Joachim

    Disclaimer :
    Ich distanziere mich ausdrücklich von allen Aussagen die ich gestern oder gar vor einer Stunde gemacht habe.
    Jedwede Ähnlichkeit mit der Realität wäre rein zufällig und unbeabsichtigt.

    Fotos von mir auf Flickr: http://www.flickr.com/photos/joey_s/

    Hat vllt. irgendwer ein Diagramm, entsprechend beschriftete explosionszeichnung, GIF oder sonstwas für mich, wo die funktionsweise erklärt/gezeigt ist?
    eeeigentlich hab ich das gefühl ich sollte so eine frage nicht nur verstehen, sondern auch die antwort rausfindne und erklären können, so als angehender Physiklehrer.
    Aber aus mangel an technikwissen eben doch nicht... das ist etwas schade.

    aber zu dem oben besagtem: 24er feder auf 14 ist nur dann das gleiche wie 22er feder auf 12, wenn beide federn gleich stark sind, also die gleiche federkonstante haben. auch dann nur in guter näherung, weil die realität sich nie exakt an solche optimalfall-formeln hält, und man zB. davon ausgehen kann das in einer längeren Feder auch mehr innere Reibung ist... aber das ist ja egal und vor allem vom effekt her winzig.^^

    R.I.P. Sir Terry Pratchett

    Zitat von zielvier

    also: 24 cm-feder auf 14 endlänge gedrückt ist wie 22-cm feder auf 12 endlänge gedrückt - da beißt die maus keinen faden ab


    Ist es die gleiche Feder, dann nein.

    Ich versuchs mal rechnerisch, allerdings mit anderen Werten (und der Annahme, dass die Federkurve absolut linear verläuft)::
    Sagen wir die Feder hat eine Drahtstärke von 5mm und sie hat 40 Windungen, macht also 20cm Blocklänge.
    Die entspannte Länge beträgt 40cm.
    Die Kraft auf Block liegt bei 1000N.
    Macht also eine eingebrachte Arbeit von 100Nm (durchschnittliche Kraft 500N, Weg 0,2m).

    Jetzt kürzen wir mal um 5cm, sie hat jetzt nur noch 35 Windungen.
    Ersetzen wir die 5cm durch einen massiven Block, so können wir die Feder keine 20cm mehr spannen, sondern nur noch 17,5cm.
    Macht eine eingebrachte Arbeit von 87,5Nm.

    Man könnte die Feder übrigens auf eine Anzahl einzelner Windungen reduzieren, von denen jede einzelne eine Arbeit von 2,5Nm speichern kann.


    Ok, jetzt machen wir mal etwas anders.
    Die gleiche Feder ist bereits auf 35cm vorgespannt, die Endspannung liegt bei 25cm.
    Durchschnittlich wieder 500N (von 250 auf 750), allerdings nur 10cm Spannweg.
    Macht also 50Nm gespeicherte Arbeit.

    Sägen wir jetzt 5cm (5 Windungen) ab und ersetzen sie durch feste 5cm, so werden die verbleibenden 35 Windungen auf 30cm vorgespannt, macht eine Vorspannkraft von so etwa 285,7N.
    Im gespannten Zustand werden 35 Windungen auf 20cm vorgespannt, also auf so etwa 875N.
    Macht also etwa 58Nm gespeicherte Arbeit.


    Drittes Szenario:
    Die Feder geht gespannt auf Block und ist auf 35cm vorgespannt.
    Durchschnittliche Kraft 625N, (250 auf 1000) auf 15cm also 93,75Nm

    Kürzen wir wieder um 5 Windungen, und ersetzen diese durch feste 2,5cm (damit wir sie noch auf Block spannen können).
    Vorspannkraft 142,8N und Endkraft 1000N, macht 85,71NM


    Um es kurz zu machen:
    Wenn man eine Feder kürzt und die Kürzung durch was gleich langes, massives ersetzt, dann steigt die eingebrachte Arbeit.
    Je nach Aufbau des Systems kann sich der Spannweg aber verkürzen, weil weiter als bis auf Block geht nicht, das bedeutet dann insgesamt weniger Arbeit.
    Kompensiert man die Kürzung entsprechend, so bedeutet das auch weniger Arbeit.


    EDIT:
    Wer jetzt Lust verspürt, die Auswirkungen verschiedener Kolbenmassen mit reinzurechnen, bitte.
    Ich mach´ das nicht!


    Stefan

    Um es kurz zu machen:

    Wenn man eine Feder kürzt und die Kürzung durch was gleich langes, massives ersetzt, dann steigt die eingebrachte Arbeit.

    Je nach Aufbau des Systems kann sich der Spannweg aber verkürzen, weil
    weiter als bis auf Block geht nicht, das bedeutet dann insgesamt weniger
    Arbeit.

    Kompensiert man die Kürzung entsprechend, so bedeutet das auch weniger Arbeit.

    hi stefan-ich habe gerade ein bier getrunken-morgen beweise ich aber das gegenteil ;-))

    Also gut jetzt mal nicht mit Logik, sondern mit Praxis:

    Fakt: Wenn man bei einem LG Scheiben unterlegt steigt die E0

    Um das auszugleichen müßte man (jetzt wieder Logik) die Feder etwas kürzen.
    Also ist die Eingangsannahme des TS richtig.

    Gruß Udo

    Zitat von Udo1865

    Um das auszugleichen müßte man (jetzt wieder Logik) die Feder etwas kürzen.
    Also ist die Eingangsannahme des TS richtig.


    Habe ich nicht in Frage gestellt, mein Rechenbeispiel bestätigt dies ja auch.
    In einigen LGs geht die Feder aber auf Block, man kann also evtl. nicht die volle Kürzung ausgleichen, weshalb man Vorspannung verliert.

    Und die zweite Hälfte, die eine gleiche V0 annimmt, kann nicht so sein.
    Die Spannung mag zwar ausgeglichen oder sogar erhöht werden, das Kolbengewicht kann aber so erhöht sein, dass es nicht mehr mit dem Gesamtsystem harmoniert und dadurch eine geringere V0 herauskommt.


    Stefan

    Udo: wenn ich scheiben unterlege, dann erhöhe ich die VORSPANNUNG (beim zusammenbauen). aber die ENERGIE, die ich beim spannen der waffe hineinstecke, erhöhe ich nicht. ES SEI DENN, die feder ist progressiv-d.h. die kraft zum zusammendrücken nimmt beim zusammendrücken (exponential) zu.....dann kriege ich natürlich mehr e-null, weil ich am progressiven ende der feder-kurve mehr muskelkraft=energie brauche -klar!
    meine ausführungen zuvor galten nur für lineare kennlinien. denn alle anderen parameter kenne ich in dem fall nicht.
    @stefan-mehr später ;)
    gruß jochen

    Zitat von zielvier

    Udo: wenn ich scheiben unterlege, dann erhöhe ich die VORSPANNUNG (beim zusammenbauen). aber die ENERGIE, die ich beim spannen der waffe hineinstecke, erhöhe ich nicht.

    Was bedeutet das? Es kommt doch auf jeden Fall durch unterlegen mehr Energie aus der Waffe raus, das ist ein Fakt.

    Gruß Udo

    Wenn man hier verschiedene physikalische Grundsätze anschneidet, sollte man diese auch belegen können. Zu sagen "Das ist so" ist relativ einfach.

    Wer hat den schon mal die benötigte Kraft zum Spannen des LG mit der Federwaage kontrolliert nachdem er 2 Scheiben druntergepackt hat? Ich nicht ;) Allerdings kann ich sagen das ich schon verschiedene Vordere Federführungen selber hergestellt und getestet habe. Da kam dabei raus das bei manchen Luftgewehren weniger(!) Energie herauskommt je mehr Gewicht im Kolben steckt. Das muss nicht sein, das hat auch viel mit der Länge, dem Durchmesser und evtl. der Formgebung des Transferports zu tun und nicht zuletzt mit dem Lauf, der Diabolo-Setztiefe (Einfach mal die Murmel 3cm tiefer in den Lauf schieben und die v0/e0 ermitteln) und dessen Losbrechmoment (hängt wieder mit Feld/Zugmaß Lauf, Durchmesser Murmel, Material Murmel etc. etc. zusammen).

    Ein Federdruckgewehr ist ein viel komplexeres System als sich so manche denken und lässt sich auch nicht auf die Feder und deren Kraft reduzieren. Berechnen oder mathematisch erklären kann man da recht wenig, da die Abläufe teilweise so komplex und querverzweigt sind das der interessierte Amateur wahrscheinlich schon an der 5. Querdenke hängenbleibt.

    Alles andere, wie zb. das künstliche Beschweren des Kolbens und/oder das kürzen der Feder kann man im Selbstversuch durchführen.