Mechanik

Kraft und Kraftarten

Wirkungen von Kräften

  • Kräfte – manchmal anziehend, manchmal abstoßend …
  • Was hält unsere Welt eigentlich zusammen?
  • Warum spricht man von Kernkraftwerken?

Wirkungen von Kräften

Der Begriff "Kraft" kommt in unserem Sprachgebrauch häufig vor. Hier nur einige Beispiele:

Willenskraft
Gewichtskraft
Waschkraft
Schaffenskraft

Federkraft
Muskelkraft
Überzeugungskraft
Reibungskraft

Verständnisaufgabe

Gib an, welche der oben genannten "Kräfte" solche im Sinne der Physik sind. Überprüfe deine Antwort mit dem [Lösung]-Button. Die rot geschriebenen Begriffe sind physikalische Kräfte.

Lösung

Willenskraft
Gewichtskraft
Waschkraft
Schaffenskraft

Federkraft
Muskelkraft
Überzeugungskraft
Reibungskraft

Wenn du unvoreingenommen an den Kraftbegriff gehst, wirst du der Überzeugung sein, dass du weißt was eine Kraft ist. Vielleicht schwebt dir im Kopf etwa das nebenstehende Bild vor. Wenn du aber eine allgemeine Festlegung (Definition) des Kraftbegriffs geben sollst, wird dir dies nicht leicht fallen.

Im Folgenden wollen wir etwas bescheidener sein und nicht sagen, was eine Kraft ist, sondern woran man das Wirken einer Kraft erkennen kann. Dazu stellen wir dir einen ersten Satz von Bildern vor, in denen jeweils eine Kraft wirkt.

 
Verständnisaufgabe

Erläutere, welche physikalische Gemeinsamkeit die Bilder oben (Abb. 1 bis Abb. 5) aufweisen, aufgrund derer man auf eine Kraftwirkung schließen kann.

Lösung

Abb. 1: Geschwindigkeitszunahme des Fahrzeugs

Abb. 2: Geschwindigkeitszunahme der Läufer beim Start

Abb. 3: Geschwindigkeitszunahme der Rennwägen beim Start

Abb. 4: Geschwindigkeitsabnahme des Balles beim Fangen

Abb. 5: Geschwindigkeitszunahme des Turmspringers

Erkenntnis 1

Man erkennt das Wirken einer Kraft an der Änderung des Geschwindigkeitsbetrages (Zunahme oder Abnahme) des Körpers auf den die Kraft wirkt. Kurz: Eine Kraft bewirkt eine Beschleunigung.

6 Änderung der Bewegungsrichtung einer rollenden Kugel durch einen Magneten

Eine Stahlkugel erhält durch das Herabrollen einen bestimmten Geschwindigkeitsbetrag, der auf der glatten Holzunterlage fast gleich bleibt.

Verständnisaufgabe

Hammerwerfer
unbekannt
Bei der Animation oben (Abb. 6) und den folgenden Bildern (Abb. 7 und 8) bleibe der Geschwindigkeitsbetrag des bewegten Körpers konstant, trotzdem wirkt jeweils eine Kraft. Überlege dir, welche physikalische Gemeinsamkeit du in den Bilder erkennst, die auf eine Kraftwirkung schließen lässt.

Lösung

Zentrifuge: Der Geschwindigkeitsbetrag der Gondel bleibt gleich, jedoch ändert sich laufend die Geschwindigkeitsrichtung.

Hammerwerfer: Auch hier ändert sich ständig die Richtung der Geschwindigkeit.

Stahlkugel: Auf die Stahlkugel wirkt eine magnetische Kraft. Sie bewirkt, dass sich die Geschwindigkeitsrichtung ändert.

Erkenntis 2

Man erkennt das Wirken einer Kraft an der Änderung der Geschwindigkeitsrichtung des Körpers auf den die Kraft wirkt. Kurz: Eine Kraft bewirkt eine Beschleunigung.

Hinweis: Eine Beschleunigung liegt vor, wenn sich der Betrag und/oder die Richtung der Geschwindigkeit ändert.

Boxer

Boxer
Abb. 9 Boxer beim Kampf
3dman_eu

muskelkraft_armdruecken.png

Armdruecken
Abb. 10 Armdrücken

car_crash.svg

Autounfall
Abb. 11 Zusammenstoss zweier PKW
by Z via openclipart.org
Verständnisaufgabe

Bei den Bildern oben (Abb. 9 bis Abb. 11) wirkt jeweils eine Kraft. Sie äußert sich jedoch nicht nur in einer Beschleunigung eines Körpers, sondern auch noch anderweitig. Beschreibe dieses weitere Erkennungsmerkmal einer Kraft.

Lösung

Boxer: Beim Wirken der Kraft kommt es zu einer Verformung (z.B. des Boxhandschuhs oder des Kinns)

Armdrücken: Die Muskelkraft verformt die Blattfeder.

Auffahrunfall: Die beim Zusammenstoß wirkende Kraft verformt die Karosserie.

Erkenntnis 3

Man kann das Wirken einer Kraft an der Verformung eines Körpers erkennen.

Zusammenfassung

Kräfte lassen sich durch die folgenden Wirkungen erkennen:

  • Kräfte können Körper beschleunigen
    • Geschwindigkeitserhöhung
    • Geschwindigkeitsverminderung
    • Änderung der Geschwindigkeitsrichtung
  • Kräfte können Körper verformen
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