Physik · Klasse 7–8 · aktualisiert
Kraft in der Physik: Wirkung, Pfeile und Berechnung
Entdecke Kraftwirkungen, lies Kraftpfeile und unterscheide Kräftegleichgewicht von Wechselwirkung. Rechne mit der resultierenden Kraft.
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Kurz gesagt
Eine Kraft beschreibt eine gerichtete Wechselwirkung zwischen Körpern. Sie kann eine Bewegung oder die Form eines Körpers ändern und wird in Newton gemessen. Ein Kraftpfeil zeigt Angriffspunkt, Richtung und Betrag; bei konstanter Masse gilt für die resultierende Kraft im nicht beschleunigten Bezugssystem F=m\cdot a.
Eine Kraft beschreibt, wie Körper aufeinander einwirken. Du erkennst sie daran, dass sich eine Bewegung oder die Form eines Körpers ändert. Mehrere Kräfte können sich auch ausgleichen, sodass keine Bewegungsänderung entsteht.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Kräfte selbst sind nicht sichtbar. Du erkennst ihre Wirkungen: Ein Körper kann schneller oder langsamer werden, die Richtung ändern, sich elastisch oder dauerhaft verformen oder bei großer Belastung zerstört werden. Beim Torschuss wird der Ball beschleunigt, umgelenkt und kurz verformt. „Kraft tanken“ ist physikalisch ungenau: Ein Körper kann Energie speichern und später eine Kraft ausüben, aber keine Kraft speichern. Es gilt 1\,\mathrm{N}=1\,\mathrm{kg}\cdot1\,\mathrm{m/s^2}. Ein Newton ist der Betrag der resultierenden Kraft, die eine Masse von 1\,\mathrm{kg} mit 1\,\mathrm{m/s^2} beschleunigt. Ein Kraftpfeil zeigt drei Merkmale: Sein Anfang ist der Angriffspunkt, seine Spitze zeigt die Richtung und seine maßstäbliche Länge den Betrag. Der Angriffspunkt kann bei ausgedehnten Körpern die Drehwirkung verändern. Trifft ein Fuß den Ball seitlich, beginnt der Pfeil an der Berührungsstelle.
Definition
Kraft
Eine Kraft beschreibt, wie zwei Körper aufeinander einwirken. Sie hat eine Richtung. Ihr Formelzeichen ist F, ihre Einheit heißt Newton und hat das Einheitenzeichen \mathrm N.
Beispiel
- 1Du ziehst einen Schlitten am Seil nach rechts.
- 2Der Kraftpfeil beginnt am Befestigungspunkt des Seils, zeigt in Zugrichtung nach rechts und wird bei einer größeren Zugkraft länger gezeichnet.
Merke: Ein Kraftpfeil zeigt Angriffspunkt, Richtung und Betrag der Kraft.
Teste dich
Wirken mehrere Kräfte auf denselben Körper, kannst du sie zu einer resultierenden Kraft zusammenfassen. Sie hat dieselbe Wirkung wie alle Einzelkräfte gemeinsam. Wirken Kräfte entlang derselben Linie in dieselbe Richtung, addierst du ihre Beträge. Wirken sie entgegengesetzt, ziehst du den kleineren Betrag vom größeren ab. Die Resultierende zeigt dann in Richtung der größeren Kraft. Bei Kräftegleichgewicht bleibt ein ruhender Körper in Ruhe. Ein bereits bewegter Körper bewegt sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit weiter. Gleichgewicht bedeutet deshalb nicht automatisch Stillstand.
Definition
Kräftegleichgewicht
Kräftegleichgewicht liegt vor, wenn die Vektorsumme aller Kräfte an einem Körper null ist. Bei zwei Kräften müssen dafür Betrag und Wirkungslinie übereinstimmen, während die Richtungen entgegengesetzt sind.
Beispiel
- 1Eine Schultasche hängt ruhig an einem Griff.
- 2Die Gewichtskraft zieht an der Tasche nach unten; der Griff zieht sie nach oben.
- 3Beide Kräfte wirken auf die Tasche und gleichen sich aus.
- 4Die resultierende Kraft auf die Tasche ist null.
Teste dich
Kräfte entstehen durch Wechselwirkungen zwischen Körpern. Übt Körper A eine Kraft auf Körper B aus, übt B gleichzeitig eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete Kraft auf A aus. Diese beiden Kräfte bilden ein Wechselwirkungspaar. Sie greifen an verschiedenen Körpern an und heben sich deshalb nicht als Kräftegleichgewicht an einem einzelnen Körper auf. Beim Bremsen eines Fahrzeugs bewegt sich ein ungesicherter Gegenstand zunächst weiter. Der Gegenstand besitzt keine nach vorn gerichtete Antriebskraft. Aufgrund seiner Trägheit behält er ohne ausreichende resultierende Kraft zunächst seinen Bewegungszustand bei. Erst eine reale Kraft, etwa durch einen Gurt oder ein Hindernis, bremst ihn ab.
Beispiel
- 1Du drückst mit der Hand gegen eine Wand.
- 2Deine Hand übt eine Kraft auf die Wand aus.
- 3Gleichzeitig übt die Wand eine gleich große, entgegengesetzte Kraft auf deine Hand aus.
- 4Eine Kraft greift an der Wand an, die andere an deiner Hand.
Teste dich
Bei konstanter Masse gilt für die resultierende Kraft in einem nicht beschleunigten Bezugssystem, zum Beispiel näherungsweise vom Erdboden aus:
F=m\cdot a
Dabei ist F die resultierende Kraft in Newton, m die Masse in Kilogramm und a die Beschleunigung in Metern pro Quadratsekunde. Vor dem Einsetzen wandelst du die Angaben in passende Grundeinheiten um. Bei gleicher Masse führt eine größere resultierende Kraft zu größerer Beschleunigung. Bei gleicher Kraft beschleunigt eine größere Masse weniger stark.
Ein Federkraftmesser nutzt die Verformung einer geeigneten Feder innerhalb ihres Messbereichs. Der Zusammenhang zwischen Kraft und Dehnung muss bekannt sein. Ein beliebiges Gummiband hat ohne Kalibrierung keine zuverlässige gleichmäßige Skala. Die resultierende Kraft kann auch aus bekannter Masse und Beschleunigung bestimmt werden.
Beispiel
- 1Ein Auto mit der Masse 1{,}2\,\mathrm{t} soll mit 5\,\mathrm{m/s^2} beschleunigt werden. Widerstände bleiben in diesem Modell unberücksichtigt.
- 2Die Masse beträgt 1{,}2\,\mathrm{t}=1\,200\,\mathrm{kg}.
- 3Bei konstanter Masse gilt für die resultierende Kraft F=m\cdot a.
- 4Einsetzen mit Einheiten: F=1\,200\,\mathrm{kg}\cdot5\,\mathrm{m/s^2}=6\,000\,\mathrm{N}.
- 5Das entspricht 6\,\mathrm{kN}. Die nötige resultierende Kraft beträgt 6\,000\,\mathrm{N}.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Kraft
Wirkung
Kraft kann Bewegung oder Form ändern
Kraftpfeil
Anfang, Richtung und Länge zeigen Angriffspunkt, Richtung und Betrag
Einheit
Der Kraftbetrag wird in Newton angegeben
Resultierende
Kräfte auf demselben Körper werden vektoriell zusammengefasst
Gleichgewicht
Die resultierende Kraft auf einen Körper ist null
Berechnung
Bei konstanter Masse in einem nicht beschleunigten Bezugssystem gilt F=m\cdot a
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Resultierende Kraft beim Anschieben
- 1Ein Wagen mit 2{,}4\,\mathrm{kg} Masse beschleunigt mit 3\,\mathrm{m/s^2}. Gesucht ist die resultierende Kraft; die Masse bleibt konstant.
- 2Die Beziehung lautet F=m\cdot a.
- 3F=2{,}4\,\mathrm{kg}\cdot3\,\mathrm{m/s^2}=7{,}2\,\mathrm{N}
- 4Die resultierende Kraft beträgt 7{,}2\,\mathrm{N}.
Fehler finden
Hand und Wand unterscheiden In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die dritte Zeile ordnet beide Kräfte der Wand zu. Die Gegenkraft der Wand wirkt auf die Hand; die beiden Kräfte sind daher kein Kräftegleichgewicht an der Wand.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Eine Kraft kann die eines Körpers ändern. Der Anfang des Kraftpfeils markiert den . Bei konstanter Masse gilt für die resultierende Kraft .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback