Nimm zu den folgenden Aussagen jeweils mithilfe des 2. Newtonschen Gesetzes begründet Stellung.
a)
Mehmet und Lina sind mit ihren Fahrrädern beim Camping und verstauen ihre Campingausrüstung in den Satteltaschen ihrer Räder.
Da meint Lina zu Mehmet: "Je schwerer du dein Fahrrad belädst, desto kleiner ist die maximale Beschleunigung, die du beim Losfahren erreichen kannst".
b)
Ein PKW und ein Motorrad fahren mit gleicher Geschwindigkeit nebeneinander her. Beim Passieren einer Markierung betätigen beide Fahrer ihre Bremse möglichst stark und bremsen bis zum Stillstand ab. Es zeigt sich, dass beide etwa nach der gleichen Zeit zum Stillstand kommen.
Peter meint: „Da beide nach der gleichen Zeit zum Stillstand kommen, bringen beide Bremsanlagen im Durchschnitt auch die gleiche Kraft auf.“
c)
Merle und Sara spielen Fußball. Merle steht im Tor uns Sara schießt den Ball wie beim Freistoß aus der Ruhe in Richtung Tor.
Merle meint: "Wenn du den Ball mit dem Fuß aus der Ruhe auf \(25\,\rm{\frac{m}{s}}\) beschleunigst, so muss ich mit meinen Händen die gleiche Kraft \(F\) aufbringen, um den Ball zu Fangen und dabei wieder zur Ruhe abzubremsen."
Linas Aussage ist richtig.
Die maximale Kraft \(F\), die Mehmet aufbringen kann, ist immer gleich groß, egal wie schwer das Fahrrad beladen ist, also egal welche Masse \(m\) es besitzt. Da für die Beschleunigung gilt \(a=\frac{F}{m}\), führt bei konstanter Kraft \(F\) eine größere Masse \(m\) des Rades dazu, dass die Beschleunigung \(a\) kleiner wird.
b)
Peters Aussage ist falsch.
PKW und Motorrad erfahren zwar in der gleichen Zeitspanne \(\Delta t\) die gleiche Geschwindigkeitsänderung \(\Delta v\) und somit die gleiche Beschleunigung \(a\), aber Auto und Motorrad besitzen unterschiedliche Massen. Daher müssen auch die wirkenden Kräfte unterschiedlich sein. Genauer muss jeweils \(a=\frac{F}{m}\) zum gleichen Wert führen. Da das Auto eine größere Masse \(m\) besitzt, muss die Bremsanlage auch eine größere Kraft \(F\) aufbringen, um die gleiche Beschleunigung zu erreichen wie das Motorrad.
c)
Merle hat im Allgemeinen nicht recht. Zwar ist die Masse \(m\) des Balles beim Schießen und Fangen gleich, aber die Beschleunigung \(a \) und damit natürlich auch die Kraft \(F\) in der Regel nicht. Der Ball erfährt zwar betragsmäßig beim Schießen und Fangen jeweils die gleiche Geschwindigkeitsänderung \(\Delta v\), diese findet aber nicht exakt in der gleichen Zeitspanne \(\Delta t\) statt. Damit unterscheiden sich die Beträge der Beschleunigungen beim Schießen und Fangen und entsprechend auch die Kräfte. Nur wenn die Kontaktzeit beim Schießen exakt so lange ist, wie die Zeit, die beim Fangen zum Abbremsen auf Null benötigt wird, sind die Kräfte betragsmäßig gleich.
