Hält eine dreifache Schnur mehr Gewicht aus als drei einzelne Fäden parallel zusammen?

Wissenschaft Physik
#1

Ich wurde letztlich gefragt, weshalb eine dreifach Schnur [drei Faden verdrillt] mehr Gewicht aushält als drei Faden parallel geschaltet.

Dazu habe ich geantwortet, dass alleine zum Auseinanderziehen der Schnur Energie benötigt wird (da die Schnur wie als Feder wirkt) und zusätzlich dazu noch Energie bis die Schnur reist.
Ist das physikalisch korrekt so?

Als anderer Ansatz würde ich vorschlagen, dass die Schnur mehr Gewicht aushält bis sie reist als die Summe ihrer Fäden parallelgeschaltet sind, weil die Schnur dem Hebelgesetz gehorcht, da die einzelnen Fäden helixartig in der Schnur verdrillt sind.

#2

Viel kann ich dazu nicht beitragen, aber bei der Spinnenseide tragen die lateralen nichtkovalenten Brückenbildungen der Einzelketten zur Festigkeit bei. Theoretisch wäre das auch bei gestreckten nicht gewundenen Strukturen möglich, wird aber in der Natur so nicht realisiert. Auch die Kollagene, die speziell als stabile belastbare Strukturen (z.B. Sehnen, Haut) konzipiert sind, haben Helixstruktur. Offenbar liefern die Brückenbindungen zwischen den Ketten doch einen Beitrag für die Gesamtfestigkeit und- die Elastizität, weil durch Elastizität Spitzenbelastungen aufgefangen werden können, ohne dass die Konstruktion gleich reißt
Udo Becker

#3

Hallo,

vielleicht ist folgende Überlegung dienlich: Durch die Verdrillung liegt der Faden nicht mehr parallel zur Zugrichtung, sondern in einem Winkel (= 90°- Windungssteigung) dazu. Das hat zur Folge, dass die Zugkräft in eine Längs- und eine Querkomponente aufgespalten wird. Die Querkomponente - abhängig vom Winkel zur Längsrichtung, also cot(90°-Windungssteigung) - leitet sich statt als Zug in Druck ab, den die Fäden aufeinander ausüben. Die Querkomponente ist dabei die Kraft, mit der der Faden aus der Diagonalen in die Längslage gezogen wird. Sie ist um so größer, je kleiner die Windungshöhe der Verdrillung ist.

Noch größer ist diese Effekt bei geflochtenen Fäden (z.B. Zopf). Hier wird die Ent-Drillung durch die wechselnde Windungsrichtung der Einzelfäden verhindert. So wird ein Teil des Zugs im Querdruck vernichtet.

Dazu kommt, daß die Längskomponente im einzelnen Faden wegen seiner (mithin unveränderlichen) diagonalen Lage auf einen größeren Querschnitt verteilt wird: Der Querschnitt vergrößert sich um csc(Windungssteigung). Was natürlich die Zugfestigkeit vergrößert. Dadurch hat das verdrillte Gebilde ja auch insgesamt einen größeren Querschnitt als parallel geführte Fäden. Und beim geflochtenen Gebilde kann dieser Querschnitt nicht verkleinert werden.

In Tauwerken wird dieser „Zopf“-Effekt dadurch erreicht, daß Bündel von in einer Richtung verdrillten Fäden in der entgegengesetzten Richtung zum Seil verdrillt werden, Und Bündel von Seilen wiederum in der anderen Richtung zum Tau. Auch so wird die Entdrillung verhindert, der größere Querschnitt bleibt erhalten, und ein teil des Zugs wird vernichtet durch das Zusammenquetschen der einzelnen Lagen.

Gruß
Metapher

#4

Mit Energie hat das genau gar nichts zu tun. Es geht um Kraft. Insofern kann man diese Frage:

schon ohne weitere Überlegungen verneinen.

Mit Hebelgesetz und Helix hat das auch genau nichts zu tun - weil beides hier ganz einfach gar nicht vorhanden ist.

Lies mal, was Metapher geschrieben hat.
Gruß
anf

#5

Reibung.

Franz

#6

Bezugnehmend auf die Antwort von Metapher meine folgende Rückfrage:

Angenommen wir vergleichen die gleiche totale Querschnittsfläche von drei parallelen Fäden (müssen dann eben etwas dicker sein) mit einer Schnur (etwas dünnere Fäden, somit ergibt sich gleiche Masse pro Meter), ist dann die Reisskraft dieselbe?

Durch den gleichen Querschnitt müsste nun pro Drillung etwas Druck entstehen, und somit das Seil immer noch stabiler sein als die drei Fäden (die nun gleiche totale Querschnittsfläche haben), ok?

#7

Danke Allnetflat für die negative Bewertung.
Hast du auch eine Begründung, die auch für den UP interessant sein könnte?

Weshalb schließt du Reibung aus?

Franz

#8

Wieso muss ich eine Begründung liefern, nachdem Deine ganze Antwort aus einem einzigen Wort ohne jeglichen Sinnzusammenhang zur Frage besteht?

Gruß
anf

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#9

Die Fragestellung ist klar, ergibt sich aus dem ersten Absatz, und ich habe dazu eine Antwort gegeben.

Ist sie falsch?

Franz

#10

Ja.

Eigentlich nicht. Hast Du die weiteren Absätze nicht gelesen?

Hast Du nicht. Du hast ein Wort hingerotzt, das exakt nichts erklärt. Und selbst wenn man sich dazuphantasiert, was Du gemeint haben könntest - ist es auch noch falsch.

Hast Du die Antwort von Metapher mal gelesen? DAS nennt man Antwort. Physik besteht nicht aus irgenwelchen unzusammenhängengen Stichwörtern. Physik beinhaltet Logik, nicht Vokabelpauken.
Gruß
anf

#11

Pro Drillung verändert sich der Querschnitt durch entsprechende Winkeländerung der Einzelschnüre. Hast Du das bedacht?

Sehe ich nicht so. Die Querkräfte in den Seilen sind nicht irgendwie umgelenkte Kräft, die nicht mehr zur Zugbelastung beitragen, sondern nur schräg wirkende Zugkraft, die den wirksamen Querschnitt vergrößern. Gleicher wirksamer Querschnitt sollte imho auch die gleiche Maximalkraft bedeuten. Wobei hier aber noch zusätzliche Kräfte innerhalb des Seiles (an den Stellen, an denen die Einzelseile aneinanderliegen) zu einer Schwächung führen könnten.

Das ist aber eine reine Vermutung meinerseits. Vielleicht sagt @Metapher noch was dazu.
Gruß
anf

#12

Wieder eine Vermutung?

Sicher, gar vor meiner Antwort. Ich habe das auch nicht in Frage gestellt. Nur auf eine weitere Kraft verwiesen.

Franz

#13

Nein. Eine Tatsache.

Aber Du hast die Chance, endlich mal was fundiertes zu äußern. Das ist jetzt Dein drittes Posting zum Thema und immer noch ohne irgendwelchen Inhalt. Ändere das, wenn Du Dich in einem Expertenforum nicht nur als Fragesteller äußern möchtest.

Wo genau? Ich kann nichts finden.
Gruß
anf