Kräfte

Die Newton‘schen Gesetze Jeder Körper (Masse m) bleibt in Ruhe oder bewegt sich gradlinig mit seiner Geschwindigkeit v, wenn er nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seine Geschwindigkeit v zu ändern. Wirkt eine Kraft F für die Dauer auf den Körper ein, so erhält er eine Zusatzgeschwindigkeit nach dem Gesetz: 3. Übt ein Körper A auf einen Körper B eine Kraft F1-2 (actio) aus, so übt Körper B auf Körper A eine gleichgroße, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft F2-1 aus. actio = reactio Kräfte

Kennzeichen einer Kraft Bezeichnung der Kraft: Symbol F (engl. force = Kraft) Eine Kraft hat einen „Angriffspunkt“, „Betrag“ und „Richtung“. Angriffspunkt: Ort der Wechselwirkung Betrag: |F| = F [F] = [m] · [a] = 1 kg · 1 m / s² = 1 N Richtung: Die Richtung, in die sich die Geschwindigkeit ändert (Zusatzgeschwindigkeit ), ist die Richtung der Kraft. F Kräfte

Kennzeichen einer Kraft Bezeichnung der Kraft: Symbol F (engl. force = Kraft) Eine Kraft hat einen „Angriffspunkt“, „Betrag“ und „Richtung“. Betrag: |F| = F [F] = [m] · [a] = 1 kg · 1 m / s² = 1 N Gewichtskraft von 1 kg: FG = 1 kg · 9,81 m / s² = 1 kp = 9,81 N Gewichtskraft von 0,1 kg (Tafel Schokolade): FG = 0,1 kg · 9,81 m / s² = 0,981 N F 10 N 1 N Kräfte 4

Kräfteaddition Eine Kräfteaddition in paralleler und antiparalleler Richtung nennt man: „arithmetische Addition“ Parallel: z.B.: Antiparallel: Kräfte 5

Kräfteaddition Eine Kräfteaddition, bei der die Vektoren in eine beliebige Richtung zeigen, nennt man „geometrische Addition“. Hierbei wird mithilfe eines „Kräfteparallelogramms“ gearbeitet. Kräfte 6

Kräfteaddition FH F1 F2 FG Kräfte 7

Wechselwirkung Eine Kraft, die eine resultierende Kraft F1,2,3 von Wechselwirkungen darstellt, kann von vielen Kräften herrühren. Kräfte 8 8

Kräftezerlegung Die Zerlegung von Kräften gelingt mit einem Kräfteparallelogramm. z.B. sind die Hangabtriebskraft FH und die Normalkraft FN Komponenten der Gewichtskraft FG FH FN FG FG  Je steiler die schiefe Ebene, desto kleiner ist die Normalkraft und desto größer die Hangabtriebskraft! Kräfte 9

Situation: Obstschale auf dem Tisch A. Wechselwirkungsprinzip („actio = reactio“): Beim Wechselwirkungsprinzip werden Aussagen über Kräfte gemacht, die an unterschiedlichen Körpern angreifen. Die Erde zieht die Schale an (actio), und die Schale zieht die Erde an (reactio). Diese beiden Anziehungskräfte (Gravitationskräfte) sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. B. Kräftegleichgewicht: Beim Kräftegleichgewicht werden Aussagen über Kräfte gemacht, die an demselben Körper angreifen. Abbildung „Tauziehen“: vgl. Deger H./ Gleixner C./ Pippig R./ Worg R. (2005): Ikarus. Natur und Technik. Schwerpunkt: Physik 7. München: Oldenbourg Schulverlag GmbH; S. 134 Abbildungen „Witwe Bolte“: lizenzfrei aus Internet Die Erde übt eine Anziehungkraft auf die Schale aus. Auch der Tisch übt eine Kraft auf die Schale aus. Diese beiden Kräfte greifen an der Schale an (also an demselben Körper). Ist die resultierende Kraft = 0, so ist die Schale im Kräftegleichgewicht. Kräfte 10 10

A. Wechselwirkungsprinzip z.B. zwei Schüler auf Skateboards Idealfall: Bei gleicher Reibung, gleichen Massen treffen sich die Schüler immer in der Mitte, egal wer zieht. allgemeiner Fall: Bei ungleicher Reibung, ungleichen Massen treffen sich die Schüler an derselben Stelle, egal wer zieht. Abbildung „Tauziehen“: vgl. Deger H./ Gleixner C./ Pippig R./ Worg R. (2005): Ikarus. Natur und Technik. Schwerpunkt: Physik 7. München: Oldenbourg Schulverlag GmbH; S. 134 Abbildungen „Witwe Bolte“: lizenzfrei aus Internet Kräfte

B. Kräftegleichgewicht z.B. Wilhelm Busch: „Witwe Bolte“ Wann sind die Kräfte, die an dem einen Kreuzungspunkt der Schnüre angreifen, im Gleichgewicht ? Der Hahn ziehe mit 15 N, die Hennen jeweils mit 10 N. Konstruieren Sie eine mögliche Anordnung der Tiere, in der die resultierende Kraft = 0 wird. (Hinweis: „Kräfteparallelogramme“ konstruieren!) Abbildung „Tauziehen“: vgl. Deger H./ Gleixner C./ Pippig R./ Worg R. (2005): Ikarus. Natur und Technik. Schwerpunkt: Physik 7. München: Oldenbourg Schulverlag GmbH; S. 134 Abbildungen „Witwe Bolte“: lizenzfrei aus Internet Kräfte 12 12

B. Kräftegleichgewicht Angriffspunkt der Gewichtskraft: Die Schwerkraft braucht als Kraft einen Angriffspunkt am Körper! Definition des Schwerpunkts: Wird der Körper im Schwerpunkt unterstützt (aufgehängt), so sind alle an ihm angreifenden Kräfte mit der Schwerkraft im Gleichgewicht, d.h. die Schwerkraft kann ihn nicht mehr drehen. Kräfte 13

B. Kräftegleichgewicht Idealisierung eines Gegenstands: Ein Körper kann auf seinen Schwerpunkt reduziert werden, d.h. die Kraftwirkung geschieht über einen einzigen Punkt des Gegenstandes (den Schwerpunkt). S Kräfte 14

Massengleichgewichte Stabiles Gleichgewicht: Bei jeder Auslenkung hebt sich der Schwerpunkt Labiles Gleichgewicht: Bei jeder Auslenkung senkt sich der Schwerpunkt Indifferentes Gleichgewicht: Höhenlage des Schwerpunktes bleibt gleich Kräfte 15

Zusammenfassung: Fallschirmsprung Wechselwirkung: FG als Wechselwirkung zwischen der Erde (Körper A) und dem Fallschirmspringer (Körper B). Beide Körper bewegen sich zum gemeinsamen Schwerpunkt hin (der nahe dem Erdmittelpunkt liegt!) Kräftegleichgewicht: Die Luftreibungskraft FR und die Anziehungskraft FG greifen an demselben Körper an (im Schwerpunkt des Fallschirmspringers). Sind beide Kräfte gleich groß, so ist die resultierende Kraft = 0. (d.h. Zusatzgeschwindigkeit und v = const.) Abbildung „Fallschirmspringer“: vgl. Deger H./ Gleixner C./ Pippig R./ Worg R. (2005): Ikarus. Natur und Technik. Schwerpunkt: Physik 7. München: Oldenbourg Schulverlag GmbH; S. 132 Kräfte