I. Die Mechanik Newtons

Die KraftMagnetische Kraft

Elektrische Kraft

Gewichtskraft

Reibungskraft

Auftriebskraft

....

Erkennungsmerkmale:

Kräfte erkennt man an ihrer Wirkung:

Sie verformen Körper oder verändern ihren Bewegungszustand; d.h. sie verändern die Richtung der Bewegung (Beispiel B) oder/und den Betrag der Geschwindigkeit (Beispiel A)

KraftmessungKrafteinheit: Die Einheit der Kraft ist 1 N (1 Newton). Dies entspricht etwa der Gewichtskraft der Tafel Schokolade auf der Erde.

Kraftgleichheit:Zwei Kräfte besitzen den gleichen Betrag, wenn sie dieselbe elastische Schraubenfeder gleich stark dehnen.

Kraftvielfachheit: n gleichgerichtete Kräfte von jeweils gleichem Betrag ergeben zusammen die n-fache Kraft.

Merkmale der Kraft

Die Wirkung einer Kraft hängt von deren drei Bestimmungsstücken ab:

Darstellung einer Kraft

Die Bestimmungsstücke der Kraft können wie nebenstehend skizziert dargestellt werden.

Gerichtete Größen wie die Kraft bezeichnet man in der Physik als Vektoren

Kräftegleichgewicht

Wirken auf einen Körper zwei entgegengesetzt gerichtete Kräfte von gleichem Betrag, dann herrscht am Körper Kräftegleichgewicht. 

In diesem Fall ist der Körper im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung

Im Gegensatz zum Fall völliger Kräftefreiheit, wird der Körper allerdings bei Kräftegleichgewicht verformt. Besteht kein Kräftegleichgewicht, so wird der Körper in Bewegung gesetzt (beschleunigt) oder abgebremst.

Kraftaddition und Subtraktion

Wirken die Kräfte längs einer Wirkungslinie in gleicher Richtung, so addieren sich die Beträge

Wirken die Kräfte längs einer Wirkungslinie in entgegengesetzter Richtung, so subtrahieren sich die Beträge

Wirken die Kräfte in beliebiger Richtung zueinander, so erhält man die Gesamtkraft durch ein Kräfteparallelogramm.

Der Trägheitssatz von Newton – Kräfte am

FlugzeugWären nur diese drei Kräfte vorhanden

würde sich das Flugzeug auf einer krummlinigen Bahn dem Erdboden entgegen bewegen und herunterfallen !! Damit es oben bleibt ist eine weitere Kraft entgegen gesetzt zur Gewichtskraft notwendig.

Trägheitssatz (Newton 1):

Wirkt auf einen Körper keine Kraft, so ändert sich auch sein Bewegungszustand nicht. Das heißt der Körper behält Betrag und Richtung der Geschwindigkeit bei. (Beachte auch den Sonderfall v = 0).

Beispiele:

- Fallschirmspringer

- Körper auf einem Tisch

- Auto mit konstanter Geschwindigkeit

- Auto beim Crashtest

Das Kraftgesetz – Newton 2

Herleitung des Kraftgesetzes

1. Versuch: Untersuche den Zusammenhang zwischen Beschleunigung und Zugkraft bei konstanter beschleunigter Masse.

Messbeispiel:

Leifi- Versuch digital

Folgerung:

bei konstanter beschleunigter Gesamtmasse sind die Zugkraft und die Beschleunigung proportional.

2. Versuch: Untersuche den Zusammenhang zwischen Beschleunigung und Masse bei konstanter Zugkraft

dabei ist die beschleunigende Kraft Fz = mz·g konstant

(mz: Masse des Zugkörpers), die beschleunigte Gesamtmasse m = mg + mz (mg: Masse des Gleiters) wird durch Zuladen auf dem Gleiter variiert

Folgerung:

bei konstanter beschleunigender Kraft sind die Gesamtmasse und die Beschleu-nigung zueinander indirekt proportional.

a ~ Fz (1) bei m = const.

a ~ 1/m (2) bei Fz = const.

a ~ Fz/m Fz ~ m·a Fz = k·m·a (3)

Setzt man so ist k dimensionslos und so kann die Beziehung (3) vereinfacht werden. Lässt man schließlich noch den Index bei der Kraft entfallen, so ergibt sich:

Das Kraftgesetz von Newton: F = m × a 

Aufgaben...1. Sport ist Mord?

a) Ein Golfspieler bringt seinen Ball der Masse m = 0,050kg in der Zeit t = 0,20 s auf die Geschwindigkeit v = 50 m/s. Welche (durchschnittliche) Kraft übt er auf den Ball aus?

b) Der Ball wird aus dieser Geschwindigkeit am Kopf eines Mitspielers auf einer Strecke von s = 3,0 cm zum Stillstand abgebremst. Welche Bremskraft wirkt auf den Ball?

2. Knautschzone

Ein Auto fährt mit 72 km/h gegen eine Mauer. Als Bremsweg für den angeschnallten 70 kg schweren Fahrer dient die Länge der Knautschzone des Autos von 0,5 m.

a) die mittlere Bremsverzögerung und wie lange dauert der "Abbremsvorgang".

b) Wie groß ist die auf den Fahrer wirkende Kraft?

c) Berechne das Verhältnis dieser Kraft zur Gewichtskraft des Autofahrers.

d) Wie ändert sich das Verhältnis wenn die Knautschzone doppelt so lang wird.

Die Gewichtskraft – Theorie bei der Fallbewegung

WB = Ekin

G h = m g h= ½ m v2

Nach h auflösen: h = v2 /2g (1) 

Außerdem gilt: v = -gt (beim Fall)

v = v0 – gt (beim Wurf nach oben)

Aufgaben Blätter + Buch

Das Wechselwirkungsgeset

z – Newton IIIBeobachtung:

Verursacht der Partner A eine Kraft auf den Partner B, so wirkt sofort auch eine Kraft auf den Partner A in entgegen gesetzte Richtung. Die Kräfte treten nur paarweise auf.

Wechselwirkungsgesetz:

Actio gegengleich Reactio:Wirken zwei Körper aufeinander ein, so wirkt auf

jeden der Körper eine Kraft. Die Kräfte sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet.

Dabei können die Kraft und die Gegenkraft (actio und reactio) an verschiedenen Körpern angreifen.

Aufgaben S. 52 - 54