Physik · Klasse 7–8 · aktualisiert
Kraftarten erkennen und sicher unterscheiden
Erkenne Gewichtskraft, Reibung und weitere Kraftarten und unterscheide Gleichgewicht von Wechselwirkung.
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Kurz gesagt
Kraftarten benennen, welcher Körper auf einen anderen wirkt: Die Erde zieht mit Gewichtskraft, eine Unterlage drückt mit Normalkraft, ein gespanntes Seil zieht mit Seilkraft. Ein Kraftpfeil zeigt Angriffspunkt, Richtung und Betrag.
Eine Kraftart erkennst du an der Wechselwirkung zwischen Körpern und daran, wie die Kraft wirkt. Typische Beispiele sind Gewichtskraft, Normalkraft, Reibungskraft, Federkraft, Seilkraft und Auftriebskraft. Auf dieser Seite lernst du, Kräfte in Situationen zu bestimmen, als Pfeile darzustellen und häufige Verwechslungen zu vermeiden.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Eine physikalische Kraft beschreibt eine Wechselwirkung zwischen Körpern. Sie kann einen Körper schneller oder langsamer machen, seine Bewegungsrichtung ändern oder ihn verformen.
Ein Körper muss sich dabei nicht sichtbar bewegen. Drückst du gegen eine feste Wand, übst du eine Kraft aus, obwohl die Wand nahezu unverändert bleibt.
Definition
Kraft
Eine Kraft ist eine gerichtete physikalische Größe. Ihr Formelzeichen ist F, ihre Einheit ist Newton (\mathrm N). Sie besitzt einen Betrag, eine Richtung und einen Angriffspunkt.
Merke: Eine Person „hat“ physikalisch keine gespeicherte Kraft. Sie kann eine Kraft ausüben. Gespeichert werden kann Energie, nicht Kraft.
Teste dich
Der Name einer Kraft verweist meist auf die Wechselwirkung oder ihre Rolle in einer Bewegung.
Bei einer Kreisbewegung muss die resultierende Kraft zum Mittelpunkt der Kreisbahn zeigen. Diese nach innen gerichtete Kraft heißt Zentripetalkraft. Je nach Situation kann eine Seilkraft, Reibungskraft oder Gravitationskraft diese Rolle übernehmen.
| Kraftart | Woran du sie erkennst | Typische Richtung |
|---|---|---|
| Gewichtskraft | Ein Himmelskörper zieht eine Masse an. | Auf der Erde zum Erdmittelpunkt |
| Normalkraft | Eine Unterlage drückt auf einen Körper. | Senkrecht zur Kontaktfläche |
| Reibungskraft | Zwei Oberflächen hemmen ihre relative Bewegung. | Entgegen der relativen Bewegung oder der drohenden Relativbewegung an der Kontaktfläche |
| Federkraft | Eine elastisch verformte Feder wirkt zurück. | Entgegen der Verformung |
| Seilkraft | Ein gespanntes Seil zieht an einem Körper. | Entlang des Seils |
| Auftriebskraft | Druckunterschiede in einer Flüssigkeit oder einem Gas wirken auf einen Körper. | Meist nach oben |
Beispiel: Ein Buch liegt ruhig auf einem waagerechten Tisch.
- 1Die Erde übt auf das Buch eine Gewichtskraft nach unten aus.
- 2Der Tisch übt auf das Buch eine Normalkraft nach oben aus.
- 3Beide Kräfte greifen am betrachteten Buch an.
- 4Sind sie gleich groß, ist ihre resultierende Kraft null. Das Buch bleibt in Ruhe.
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Der Angriffspunkt liegt nicht automatisch in der Körpermitte. Bei einer Kontaktkraft beginnt der Pfeil am tatsächlichen Wirkungsort oder an einem begründet gewählten Ersatzpunkt.
Wechselwirkungskräfte treten an zwei Körpern auf: Übt Körper A eine Kraft auf Körper B aus, übt B zugleich eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete Kraft auf A aus. Die beiden Kräfte greifen an verschiedenen Körpern an und heben sich deshalb nicht am selben Körper auf.
Gleichgewichtskräfte wirken dagegen auf denselben Körper. Sind zwei Kräfte dort gleich groß, entgegengesetzt gerichtet und auf derselben Wirkungslinie, ist ihre Resultierende null.
Beim Bremsen eines Fahrzeugs bewegt sich ein ungesicherter Gegenstand zunächst weiter. Das ist Trägheit, keine nach vorn ziehende Wechselwirkungskraft. Erst Armaturenbrett, Gurt oder Airbag üben eine tatsächliche bremsende Kraft auf ihn aus.
Beispiel
- 1Du schiebst eine Kiste an ihrer linken Seite nach rechts.
- 2Der Kraftpfeil beginnt an der Kontaktstelle zwischen Hand und Kiste und zeigt nach rechts.
- 3Eine größere Schubkraft wird bei gleichem Maßstab durch einen längeren Pfeil dargestellt.
Beispiel
- 1Beim Buch auf dem Tisch bilden Gewichtskraft und Normalkraft ein Kräftegleichgewicht am Buch.
- 2Das zugehörige Wechselwirkungspaar zur Normalkraft besteht dagegen aus der Kraft des Tisches auf das Buch und der Kraft des Buches auf den Tisch.
Beispiel: Ein Kraftpfeil zeigt drei Merkmale
- 1Der Pfeilanfang markiert den Angriffspunkt.
- 2Die Pfeilrichtung zeigt die Wirkungsrichtung.
- 3Die Pfeillänge stellt bei festgelegtem Maßstab den Betrag dar.
Teste dich
Alle Kräfte auf den betrachteten Körper werden vektoriell zur resultierenden Kraft zusammengefasst. Zeigen sie in dieselbe Richtung, addierst du die Beträge. Bei entgegengesetzter Richtung subtrahierst du den kleineren vom größeren; die Resultierende zeigt zur größeren Kraft.
Ist die Resultierende null, bleibt ein ruhender Körper in Ruhe oder ein bewegter Körper geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit. Für einen Körper mit konstanter Masse gilt in der klassischen Mechanik:
F_{\mathrm{res}}=m\cdot a
Kräfte kannst du direkt mit einem Federkraftmesser bestimmen. Für eine dynamische Messung misst du Masse und Beschleunigung und berechnest daraus die resultierende Kraft.
Beispiel
- 1Ein idealisiert betrachtetes Auto hat die Masse m=1{,}2\,\mathrm t=1200\,\mathrm{kg} und soll mit a=5\,\mathrm{m/s^2} beschleunigt werden.
- 2Setze Masse und Beschleunigung mit Einheiten ein:
- 3F_{\mathrm{res}}=1200\,\mathrm{kg}\cdot5\,\mathrm{m/s^2}
- 4F_{\mathrm{res}}=6000\,\mathrm N=6\,\mathrm{kN}
- 5Das Ergebnis ist die benötigte resultierende Kraft. Reibung und weitere Widerstände sind in diesem Modell nicht einzeln berücksichtigt.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Kraftarten
Wirkungen
Geschwindigkeit ändern; Richtung ändern; Form ändern
Häufige Kräfte
Gewichtskraft und Normalkraft; Reibungs-, Feder- und Seilkraft; Auftriebskraft
Darstellung
Angriffspunkt; Richtung; Betrag
Kräfte vergleichen
Wechselwirkung an zwei Körpern; Gleichgewicht an einem Körper; Resultierende als Vektorsumme
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Resultierende Kraft am Rollwagen
- 1Auf einen Rollwagen wirken waagerecht 70\,\mathrm N nach rechts und 25\,\mathrm N Reibung nach links. Wähle rechts als positive Richtung.
- 2Die Kräfte wirken auf denselben Wagen und zeigen entgegengesetzt. Deshalb werden ihre Beträge subtrahiert.
- 3F_{\mathrm{res}}=70\,\mathrm N-25\,\mathrm N=45\,\mathrm N
- 4Die resultierende Kraft wirkt mit 45\,\mathrm N nach rechts. Sie ist keine eigene zusätzliche Kraftart, sondern die Summe der wirkenden Kräfte.
Fehler finden
Kräfte am Gepäckwagen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die linke Kraft zählt negativ. Richtig ist F_{\mathrm{res}}=16\,\mathrm N-9\,\mathrm N=7\,\mathrm N nach rechts.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Der Pfeilanfang zeigt den . Die Pfeilrichtung beschreibt die . Bei festem Maßstab steht die Pfeillänge für den der Kraft.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback