I. Die Mechanik
Newtons
Die Kraft
Magnetische Kraft
Elektrische Kraft
Gewichtskraft
Reibungskraft
Auftriebskraft
....
Erkennungsmerkmale:
Kräfte erkennt man an ihrer Wirkung:
Sie verformen Körper oder verändern ihren
Bewegungszustand; d.h. sie verändern die Richtung
der Bewegung (Beispiel B) oder/und den Betrag der
Geschwindigkeit (Beispiel A)
Kraftmessung
Krafteinheit:
Die Einheit der Kraft ist 1 N (1 Newton). Dies entspricht etwa
der Gewichtskraft der Tafel Schokolade auf der Erde.
Kraftgleichheit:
Zwei Kräfte besitzen den gleichen Betrag, wenn sie dieselbe
elastische Schraubenfeder gleich stark dehnen.
Kraftvielfachheit:
n gleichgerichtete Kräfte von jeweils gleichem Betrag
ergeben zusammen die n-fache Kraft.
Merkmale der Kraft
Die Wirkung einer Kraft hängt von deren drei
Bestimmungsstücken ab:
Darstellung einer Kraft
Die Bestimmungsstücke der Kraft können wie
nebenstehend skizziert dargestellt werden.
Gerichtete Größen wie die Kraft bezeichnet man in der
Physik als Vektoren
Kräftegleichgewicht
Wirken auf einen Körper zwei entgegengesetzt gerichtete
Kräfte von gleichem Betrag, dann herrscht am Körper
Kräftegleichgewicht.
In diesem Fall ist der Körper im Zustand der Ruhe oder der
gleichförmigen geradlinigen Bewegung
Im Gegensatz zum Fall völliger Kräftefreiheit, wird der Körper
allerdings bei Kräftegleichgewicht verformt.
Besteht kein Kräftegleichgewicht, so wird der Körper in
Bewegung gesetzt (beschleunigt) oder abgebremst.
Kraftaddition und
Subtraktion
Wirken die Kräfte längs einer Wirkungslinie in gleicher Richtung, so
addieren sich die Beträge
Wirken die Kräfte längs einer Wirkungslinie in entgegengesetzter
Richtung, so subtrahieren sich die Beträge
Wirken die Kräfte in beliebiger Richtung zueinander, so erhält man
die Gesamtkraft durch ein Kräfteparallelogramm.
Der Trägheitssatz von Newton
– Kräfte am Flugzeug
Wären nur diese drei Kräfte vorhanden würde sich das
Flugzeug auf einer krummlinigen Bahn dem
Erdboden entgegen bewegen und herunterfallen !!
Damit es oben bleibt ist eine weitere Kraft entgegen
gesetzt zur Gewichtskraft notwendig.
Trägheitssatz (Newton 1):
Wirkt auf einen Körper keine Kraft, so ändert sich auch
sein Bewegungszustand nicht. Das heißt der Körper
behält Betrag und Richtung der Geschwindigkeit bei.
(Beachte auch den Sonderfall v = 0).
Beispiele:
- Fallschirmspringer
- Körper auf einem Tisch
- Auto mit konstanter Geschwindigkeit
- Auto beim Crashtest
Das Kraftgesetz – Newton 2
Herleitung des Kraftgesetzes
1. Versuch: Untersuche den Zusammenhang zwischen
Beschleunigung und Zugkraft bei konstanter
beschleunigter Masse.
Messbeispiel:
Leifi- Versuch digital
Folgerung:
bei konstanter beschleunigter
Gesamtmasse sind die Zugkraft und die
Beschleunigung proportional.
2. Versuch: Untersuche den Zusammenhang zwischen
Beschleunigung und Masse bei konstanter Zugkraft
dabei ist die beschleunigende Kraft Fz = mz·g konstant
(mz: Masse des Zugkörpers), die beschleunigte
Gesamtmasse m = mg + mz (mg: Masse des Gleiters)
wird durch Zuladen auf dem Gleiter variiert
Folgerung:
bei konstanter beschleunigender Kraft
sind die Gesamtmasse und die Beschleunigung zueinander indirekt
proportional.
a ~ Fz (1) bei m = const.
a ~ 1/m (2)
bei Fz = const.
a ~ Fz/m Fz ~ m·a Fz = k·m·a (3)
Setzt man
so ist k dimensionslos
und so kann die Beziehung (3) vereinfacht
werden.
Lässt man schließlich noch den Index bei
der Kraft entfallen, so ergibt sich:
Das Kraftgesetz von Newton: F = m × a
Aufgaben...
1. Sport ist Mord?
a) Ein Golfspieler bringt seinen Ball der Masse m =
0,050kg in der Zeit t = 0,20 s auf die Geschwindigkeit
v = 50 m/s. Welche (durchschnittliche) Kraft übt er
auf den Ball aus?
b) Der Ball wird aus dieser Geschwindigkeit am Kopf
eines Mitspielers auf einer Strecke von s = 3,0 cm zum
Stillstand abgebremst. Welche Bremskraft wirkt auf
den Ball?
2. Knautschzone
Ein Auto fährt mit 72 km/h gegen eine Mauer. Als Bremsweg
für den angeschnallten 70 kg schweren Fahrer dient die
Länge der Knautschzone des Autos von 0,5 m.
a) die mittlere Bremsverzögerung und wie lange dauert der
"Abbremsvorgang".
b) Wie groß ist die auf den Fahrer wirkende Kraft?
c) Berechne das Verhältnis dieser Kraft zur Gewichtskraft des
Autofahrers.
d) Wie ändert sich das Verhältnis wenn die Knautschzone
doppelt so lang wird.
Die Gewichtskraft – Theorie
bei der Fallbewegung
WB = Ekin
G h = m g h= ½ m v2
Nach h auflösen: h = v2 /2g (1)
Außerdem gilt:
v = -gt (beim Fall)
v = v0 – gt (beim Wurf nach oben)
Aufgaben Blätter + Buch
Das Wechselwirkungsgesetz –
Newton III
Beobachtung:
Verursacht der Partner A eine Kraft auf den Partner B, so
wirkt sofort auch eine Kraft auf den Partner A in
entgegen gesetzte Richtung. Die Kräfte treten nur
paarweise auf.
Wechselwirkungsgesetz:
Actio gegengleich Reactio:
Wirken zwei Körper aufeinander ein, so wirkt auf jeden
der Körper eine Kraft. Die Kräfte sind gleich groß und
entgegengesetzt gerichtet.
Dabei können die Kraft und die Gegenkraft (actio und
reactio) an verschiedenen Körpern angreifen.
Aufgaben S. 52 - 54
