Schriftliche Hausarbeit von Lauren Kappler Kräfte Wichtiges Grundwissen für den Lehramtsstudierenden der Haupt- und Realschule Schriftliche Hausarbeit von Lauren Kappler Universität Augsburg Didaktik der Physik

Die Newtonschen Gesetze Jeder Körper beharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen, gradlinigen Bewegung, wenn er nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern. Die Änderung ist proportional zu der Kraft, die auf die Bewegung wirkt, und geschieht entlang der Richtung jener Kraft, die einwirkt. 3. Die Wirkung ist stets der Gegenwirkung entgegengesetzt gleich, oder: die Wirkungen zweier Körper aufeinander sind stets gleich und von entgegengesetzter Richtung. 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: Resultat der Kraftwirkung z.B. Beschleunigungsrichtung 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 als resultierende einer Wechselwirkung ist unabhängig davon, wie viele Kräfte an der Wechsel-wirkung teilhaben. 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

z.B. Wilhelm Busch: „Witwe Bolte“ Kräftegleichgewicht Greifen an einem Angriffspunkt zwei gleich große, aber entgegengesetzte Kräfte F1 und F2 an, so ist die resultierende Kraft gleich Null. z.B. Tauziehen „Alle an einem Punkt angreifenden Kräfte heben sich in ihrer Wirkung gegenseitig auf“: F1 = - F2 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 z.B. Wilhelm Busch: „Witwe Bolte“ Kräfte

z.B. Wilhelm Busch: „Witwe Bolte“ Kräftegleichgewicht z.B. Wilhelm Busch: „Witwe Bolte“ Der Hahn ziehe mit 15 N, die Hennen jeweils mit 10 N. Konstruieren Sie ein „Kräfteparallelogramm“, in dem die resultierende Kraft = 0 wird ! 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 11 11

Schwerpunkt eines Körpers Angriffspunkt der Gewichtskraft: Die Schwerkraft braucht als Kraft einen Angriffspunkt am Körper! Idealisierung eines Gegenstands: Kraftwirkung über einen einzigen Punkt des Gegenstandes, d. h., dass ein Gegenstand nur auf diesen Punkt reduziert werden kann  Schwerpunkt S Kräfte 12

Gleichgewicht 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 13

Schwerpunkt eines Körpers Wird der Körper im Schwerpunkt unterstützt (aufgehängt), so ist er mit der Schwerkraft im Gleichgewicht, d.h. die Schwerkraft kann ihn nicht mehr drehen. Die Summe aller „Drehkräfte“ ist null ! Def.: Drehmoment M („Drehkraft“) Kräfte 14