Grundwissen

Kraft - Beschleunigung - Masse

Mannigfaltige Beispiele aus dem Alltag zeigen, dass zwischen dem Kraftaufwand bei der Beschleunigung eines Körpers eine enge Beziehung zwischen den Größen Kraft, Masse (Trägheit) und Beschleunigung besteht.

Aus der Erfahrung kann man folgende Sätze aufstellen:

  • Die größere Kraft beschleunigt den gleichen Körper stärker.
  • Die gleiche Kraft beschleunigt den leichteren Körper stärker.
  • Die größere Kraft bremst den gleichen Körper stärker.
  • Die gleiche Kraft bremst den leichteren Körper stärker.

 

1. Aufgabe:
Formuliere für jedes der obigen Bilder einen Satz von der Art wie sie die Erfahrungssätze im Kasten sind.

Für die physikalischen Größen Masse m und die Beschleunigung a sind dir Festlegungen (z.B. die Einheit) schon bekannt. Für die Kraft kennst du bereits deren Wirkungen und auch die Darstellung durch Kraftpfeile. Eine genaue physikalische Festlegung fehlt jedoch noch.

Newton legte die Kraft wie folgt fest:

Kraft ist das Produkt aus Masse und Beschleunigung

F = m·a

Kraftgesetz von Newton

Wird zum Beispiel einem Körper der Masse m = 1 kg die Beschleunigung a = 1 m/s2 erteilt, so ist nach obiger Formel die Kraft:

Zu Ehren von Newton kürzt man die Einheit mit 1 Newton (kurz 1 N) ab. Es gilt also:

 

2. Aufgabe:
Zeige, dass bei den folgenden Animationen das newtonsche Kraftgesetz erfüllt ist.

Hinweis:
Bei den obigen Animationen wird stillschweigend angenommen, dass die nach unten wirkende Gewichtskraft der blauen Körper durch Rolle und Faden in die horizontale Richtung umgelenkt wird, ohne dass sich dabei der Kraftbetrag verändert. Diese Annahme kann mit Hilfe eines Kraftmessers nachgewiesen werden.