Unter Kraft in der Physik versteht man etwas anderes als im Alltag. Deshalb definiere ich die Gewichtskraft und Maßeinheit dazu in der Physik. Danach definiere ich Masse und deren Maßeinheit in der Physik. Anschließend demonstriere ich das Newtonsche Kraftgesetz anhand einiger Versuche. Und ich definitiere die Krafteinheit 1 Newton. Dann stelle ich die Formeln Beschleunigung = Kraft / Masse und Beschleunigungskraft = Antriebskraft – Reibungskraft vor. Schließlich erkläre ich den Trägheitssatz von Galileo Galilei.
Der Begriff der Kraft in der Physik
Kräfte kann man nur an ihren Wirkungen erkennen. Sie können Körper verformen, Körper beschleunigen, Körper abbremsen und die Bewegungsrichtung von Körpern ändern. Kräfte haben Größe, Richtung und Angriffspunkt. Man stellt sie durch Pfeile dar (Kraftvektoren), siehe Vektorrechnung.
Definition Gewichtskraft in der Physik
Die Gewichtskraft ist die Kraft, mit der ein Körper von der Erde angezogen wird. Sie ist ortsabhängig.
Maßeinheiten für die Gewichtskraft
Die Maßeinheit der Kraft ist das Newton (N).
z.B. F = 10 N oder F = 0,2 N oder F = 100 N
Der Begriff der Masse in der Physik
Jeder Körper hat eine Masse. Diese äußert sich in „schwer sein“ und in „träge sein“. Die Masse eines Körpers ist allerdings nicht vom Ort abhängig. Sie lässt sich jedoch durch Massenvergleich auf der Waage bestimmen.
Maßeinheiten für die Masse
Die Maßeinheit der Masse ist das Kilogramm (kg).
z.B. m = 10 kg oder m = 100 g oder m = 10 mg
Das Newtonsche Kraftgesetz
Frage:
Wer startet schneller, ein Moped oder ein LKW?
Wovon hängt die Größe der Beschleunigung ab?
Antwort:
Motorleistung und Masse bestimmen die Beschleunigung.
Versuch
Wir beschleunigen eine Masse m mit verschiedenen Kräften.
Ergebnis:
Wenn die Masse konstant bleibt, dann ist die Kraft variabel.
Je größer die Kraft, desto größer ist die Beschleunigung.
Mit anderen Worten: Die Beschleunigung ist proportional der Kraft.
Versuch
Wir beschleunigen verschieden große Massen mit gleicher Kraft.
Ergebnis:
Wenn die Kraft konstant bleibt, dann ist die Masse variabel.
Je größer die Masse, desto kleiner ist die Beschleunigung.
Mit anderen Worten: Die Beschleunigung ist umgekehrt proportional der Masse.
Kraft, Masse und Beschleunigung hängen voneinander ab.
Formel Beschleunigung = Kraft / Masse
a = F / m
Eine genaue Überprüfung kann man mit einer Messreihe auf der Fahrbahn durchführen.
Das Newtonsche Kraftgesetz
Es wird auch dynamisches Grundgesetz genannt.
Trägheitssatz von Galileo Galilei
Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung, wenn keine Kraft auf ihn wirkt.
Mit anderen Worten:
Nur unter dem Einfluss einer Kraft kann ein Körper seinen Bewegungszustand ändern.
Frage:
Warum erreicht ein Auto, das mit Vollgas gefahren wird, nur eine bestimmte Endgeschwindigkeit?
Formel Beschleunigungskraft = Antriebskraft – Reibungskraft
Fb = Fa – Fr
Wenn die Reibungskraft Fr genau so groß ist, wie die Antriebskraft Fa, dann nimmt die Geschwindigkeit nicht mehr zu.
Definition der Krafteinheit 1 Newton
Die Kraft 1 N wirkt dann, wenn einem Körper der Masse 1 kg die Beschleunigung 1 m/s2 erteilt wird.
F = 1 kg · 1 \dfrac{m}{s^2} = 1 \dfrac{kg · m}{s^2} = 1 NDiese Formeln braucht man zum Beispiel bei der Beschleunigungsmessung an der Fahrbahn.
Hier finden Sie eine Übersicht über weitere Beiträge zum Thema Mechanik, darin auch Links zu Aufgaben.
