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Kraftarten erkennen und sicher unterscheiden
Eine Kraftart erkennst du daran, welche Körper miteinander wechselwirken und 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.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Woran erkennst du eine Kraft?
Eine physikalische Kraft beschreibt die Wechselwirkung zwischen Körpern. Sie kann bei einem Körper
- den Geschwindigkeitsbetrag ändern: Der Körper wird schneller oder langsamer,
- die Bewegungsrichtung ändern oder
- die Form verändern.
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.
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.
Eine Person „hat“ physikalisch keine gespeicherte Kraft. Sie kann eine Kraft ausüben. Gespeichert werden kann Energie, nicht Kraft.
Welche Kraftarten begegnen dir häufig?
Der Name einer Kraft verweist meist auf die zugrunde liegende Wechselwirkung oder ihre Rolle in einer Bewegung.
| 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 Bewegung oder Bewegungsabsicht |
| 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 |
Ein Buch liegt ruhig auf einem waagerechten Tisch.
- Die Erde übt auf das Buch eine Gewichtskraft nach unten aus.
- Der Tisch übt auf das Buch eine Normalkraft nach oben aus.
- Beide Kräfte greifen am betrachteten Buch an.
Sind sie gleich groß, ist ihre resultierende Kraft null. Das Buch bleibt in Ruhe.
Die Zentripetalkraft ist eine Rolle
Bei einer Kreisbewegung muss die resultierende Kraft zum Mittelpunkt der Kreisbahn zeigen. Diese nach innen gerichtete Kraft heißt Zentripetalkraft. Je nach Situation kann diese Rolle zum Beispiel eine Seilkraft, Reibungskraft oder Gravitationskraft übernehmen.
Wie zeichnest du einen Kraftpfeil?
Ein Kraftpfeil zeigt drei Merkmale:
- Der Pfeilanfang markiert den Angriffspunkt.
- Die Pfeilrichtung zeigt die Wirkungsrichtung.
- Die Pfeillänge stellt bei festgelegtem Maßstab den Betrag dar.
Der Angriffspunkt liegt nicht automatisch in der Körpermitte. Bei einer Kontaktkraft beginnt der Pfeil am tatsächlichen Wirkungsort oder an einem begründet gewählten Ersatzpunkt.
Du schiebst eine Kiste an ihrer linken Seite nach rechts. Der Kraftpfeil beginnt an der Kontaktstelle zwischen Hand und Kiste und zeigt nach rechts. Eine größere Schubkraft wird bei gleichem Maßstab durch einen längeren Pfeil dargestellt.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Der Pfeilanfang zeigt den . Die Pfeilrichtung beschreibt die . Bei festem Maßstab steht die Pfeillänge für den der Kraft.
Wechselwirkung oder Kräftegleichgewicht?
Diese beiden Fälle sehen ähnlich aus, meinen aber etwas anderes.
Wechselwirkungskräfte wirken an zwei Körpern
Übt Körper A eine Kraft auf Körper B aus, so übt B gleichzeitig 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 an einem Körper
Zwei Kräfte stehen an einem Körper im Gleichgewicht, wenn sie gleich groß, entgegengesetzt gerichtet und auf derselben Wirkungslinie liegen. Dann ist die resultierende Kraft null.
Beim Buch auf dem Tisch bilden Gewichtskraft und Normalkraft ein Kräftegleichgewicht am Buch. Das zugehörige Wechselwirkungspaar zur Normalkraft besteht dagegen aus der Kraft des Tisches auf das Buch und der Kraft des Buches auf den Tisch.
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.
Wie fasst du mehrere Kräfte zusammen?
Alle Kräfte auf den betrachteten Körper werden vektoriell zur resultierenden Kraft zusammengefasst.
- Gleiche Richtung: Beträge addieren.
- Entgegengesetzte Richtung: kleineren Betrag vom größeren abziehen; die Resultierende zeigt in Richtung der größeren Kraft.
- Resultierende null: Der Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit.
Für einen Körper mit konstanter Masse gilt in der klassischen Mechanik:
$$F_{\mathrm{res}}=m\cdot a$$
Ein 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.
$$F_{\mathrm{res}}=1200\,\mathrm{kg}\cdot5\,\mathrm{m/s^2}=6000\,\mathrm N=6\,\mathrm{kN}$$
Das Ergebnis ist die benötigte resultierende Kraft. Reibung und weitere Widerstände sind in diesem Modell nicht einzeln berücksichtigt.
Kräfte lassen sich direkt mit einem Federkraftmesser bestimmen. Bei einer dynamischen Messung werden Masse und Beschleunigung gemessen und daraus die resultierende Kraft berechnet.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
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
- Wirkungen
Abschluss-Check
Wenn du eine Situation untersuchst, gehe immer so vor: Betrachteten Körper festlegen, Wechselwirkungspartner bestimmen, Kraftarten benennen, Pfeile zeichnen und erst dann die resultierende Kraft bilden.