Mechanik: Dynamik
Kraftarten der Mechanik
 – Video

Der Physiker Isaac Newton prägte unser Verständnis der Kraft. Was es über die Kraft in der Physik zu wissen gibt, wie du sie berechnest und in welche Arten du sie unterteilst, erfährst du hier. All das haben wir auch in unserem Video verständlich zusammengefasst.

Kraft einfach erklärt

Die Kraft ist eine physikalische Größe. Sie beschreibt, wie zwei Körper aufeinander einwirken. Jede Kraft wird bestimmt durch ihre Richtung, ihren Betrag und ihren Angriffspunkt. Da sie eine Richtung hat, sprichst du auch von einer gerichteten Größe.

Kraft tritt als Wechselwirkung auf. Das bedeutet, dass die beiden beteiligten Körper immer eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft aufeinander ausüben.

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Die Bestandteile einer Kraft

 

Das Formelzeichen der Kraft ist F. Ihre Einheit ist Newton (N), benannt nach dem Physiker Isaac Newton . Ein (1) Newton ist in etwa die Kraft, mit der eine Tafel Schokolade (100g) auf ihre Unterlage drückt. 

Definition Kraft

Die Kraft F bewirkt, dass zwei Körper gegenseitig ihren Bewegungszustand oder ihre Form verändern. Sie ist vektoriell, das heißt gerichtet, und wird deswegen mithilfe von Pfeilen dargestellt (\overrightarrow{F}). Wirkt eine Kraft, so beeinflussen sich die Körper wechselseitig.

Was ist Kraft?

Eine physikalische Kraft ist nicht sichtbar. Du kannst aber ihre Auswirkungen sehen. Sie beschleunigt, bremst oder verformt Körper. 

Wirkt eine Kraft zwischen zwei Körpern, wirkt sie immer auf beide Körper. Es handelt sich bei der Kraft nämlich um eine Wechselwirkungsgröße. Das dritte Newtonsche Axiom , das du auch Wechselwirkungsgesetz nennst, besagt: Besteht zwischen zwei Körpern 1 und 2 eine Kraftwirkung, so ist die Kraft, die Körper 1 auf Körper 2 auswirkt, gleich der Kraft, die Körper 2 auf Körper 1 auswirkt.

Eine Kraft wird von ihren drei Eigenschaften bestimmt:

  • Betrag
  • Richtung
  • Angriffspunkt

Die Richtung verrät dir, dass die Kraft eine gerichtete Größe ist. Du stellst sie mithilfe von Pfeilen dar.

Kraftmessung

Um eine Kraft zu messen, kannst du verschiedene Verfahren anwenden. Ein Instrument zur Messung Kraft ist der Federkraftmesser. An einer Skala kannst du hier die aufgewandte Kraft ablesen.

Außerdem kann eine Kraft mithilfe des Kraftgesetzes bestimmt werden. Sind die Masse m und Beschleunigung eines Körpers bekannt, ergibt sich die Größe der Kraft aus der Formel F=m\cdot{a}.

Übrigens: Aus der Formel für die Kraft kannst du ableiten, aus welchen SI-Einheiten sich ein Newton zusammensetzt. Die Masse m wird in Kilogramm (kg) angegeben, die Beschleunigung a hat die Einheit Meter pro Quadratsekunde (\frac{{\si{m}}}{\si{s}^2}). Deswegen gilt: 1\si{N}=1\frac{\si{kg}\cdot{\si{m}}}{\si{s}^2}

Kraftarten berechnen

Die Größe Kraft umfasst verschiedene Kraftarten. Sie unterscheiden sich in ihrer Entstehung und Wirkung. Du kannst sie mithilfe verschiedener Formeln berechnen. Welche wichtigen Kräfte es gibt und wie du sie berechnest, erfährst du in unserer Tabelle.

Kraftart Formel Bedeutung
allgemein F=m\cdot{a} m = Masse, a = Beschleunigung
Gewichtskraft F_G=m\cdot{g} m = Masse, g = Fallbeschleunigung
Federspannkraft F_S=D\cdot{s} D = Federhärte, s = Längenänderung der Feder
Zentripetalkraft F_Z=m\cdot\frac{v^2}{r} m = Masse, v = Geschwindigkeit, r = Kreisbahnradius
Gravitationskraft F=G\cdot\frac{m_1\cdot{m_2}}{r^2} G = Gravitationskonstante, m1/m2 = Massen, r = Abstand der Körper
Reibungskraft F_R=\mu\cdot{F_N} \mu = Reibungszahl, FN = Normalkraft

Gewichtskraft berechnen

Eine der Kraftarten, die uns im Alltag am häufigsten begegnen, ist die Gewichtskraft. Du berechnest sie mit der Gewichtskraft-Formel F_G=m\cdot{g}. Das Formelzeichen steht dabei für die Fallbeschleunigung . Mit ihrer Hilfe kannst du herausfinden, welche Gewichtskraft auf einen Körper der Masse m wirkt. 

Aber Achtung: Du kannst Kilogramm nicht einfach in Newton umwandeln. Mit der Masse kannst du die Gewichtskraft lediglich berechnen. 1 kN in kg anzugeben, funktioniert also nur mithilfe des Ortsfaktors und ist deswegen auch nur für Orte mit genau der Fallbeschleunigung gültig. 

Fundamentale Kräfte

Alle Kräfte in der Physik lassen sich auf vier fundamentale Kräfte zurückführen. Du nennst sie auch die vier Grundkräfte der Physik. Zu ihnen zählen

  • die Gravitationskraft,
  • die elektromagnetische Kraft,
  • die schwache Kernkraft und
  • die starke Kernkraft.

Von ihnen ist die Gravitationskraft die schwächste Kraft. Ihr liegt das Phänomen der Massenanziehung zugrunde. Das nennst du auch Gravitation. Um zu erfahren, was die Gravitation ist, welche Rolle sie in unserem Sonnensystem spielt und was das Gravitationsgesetz über sie aussagt, sieh dir unser nächstes Video an.

Zum Video: Gravitation
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