Kraft und ihre Wirkung

Kraft und ihre Wirkung Übung

• Nenne die Informationen einer Kraft, die du ihrem Kraftpfeil entnehmen kannst.

  Tipps

  Male einen Pfeil auf. Welche Informationen benötigst du, um diesen Pfeil zu zeichnen?

  Spielt es eine Rolle, an welche Stelle du den Pfeil malst?

  Die Kraft ist eine gerichtete Größe.

  Lösung

  Es gibt skalare Größen (Temperatur, Körpergröße, Alter, etc.), die mit nur einem Wert ausreichend beschrieben sind. Es reicht zum Beispiel komplett aus, wenn du sagst, „Die Temperatur beträgt gerade 21°C." oder „Ich bin 150 cm groß." Diese Größen nennt man auch ungerichtete Größen, weil sie (unter anderem) keine Richtung besitzen.

  Die Kraft $\vec{F}$ jedoch ist eine gerichtete Größe. Um die Kraft unmissverständlich zu beschreiben, gibst du nicht nur den Betrag, sondern auch Richtung und Angriffspunkt an. Dort wo der Pfeil beginnt, befindet sich der Angriffspunkt und die Richtung der Pfeilspitze beschreibt auch die Richtung, in die die Kraft wirkt. Je länger der Pfeil, desto größer die Kraft. Die Pfeillänge gibt also den Betrag oder die Stärke der Kraft an.

  Wenn in einer Skizze Richtung und Angriffspunkt einer Kraft beschrieben sind, dann geben wir oft in einer Rechnung nur den Betrag $|\vec{F}|=F$ der Kraft an.

• Nenne das dritte Newtonsche Gesetz.

  Tipps

  Was bedeutet Wechselwirkung?

  Was passiert, wenn du mit deinem Finger gegen den Tisch drückst?

  Überlege dir, wer oder was eine Kraft ausüben kann.

  Lösung

  Drückst du mit deinem Finger gegen den Tisch bist du physikalisch der erste Körper und der Tisch der zweite Körper.

  Das heißt die Kraft, die du auf den Tisch ausübst, ist genauso groß wie die Kraft, die der Tisch auf dich ausübt. Du merkst, dass auf deinen Finger eine Kraft wirkt. Du kannst das auch daran erkennen, dass sich der Finger an der Spitze leicht verformt und für kurze Zeit seine Farbe etwas rötlicher wird.

  Dass diese Wechselwirkung immer auftritt, besagt das dritte Newtonsche Gesetz, das auch drittes Newtonsches Axiom genannt wird.

• Ordne jedem Bild die am besten passende Kraftart zu.

  Tipps

  Hast du diese Phänomene im Alltag schon einmal beobachtet?

  Findet eine Bewegungsänderung oder Verformung statt?

  Überlege dir, wo hier Kräfte wirken.

  Lösung

  Um verschiedene Kräfte zu unterscheiden, wurden ihnen entsprechende Namen gegeben. Diese Namen können erklären, um welche Art von Kraft es sich handelt. Es werden zum Beispiel folgende Kraftarten unterschieden: mechanische, magnetische und elektrische Kräfte.

  Um die diversen mechanischen Kräfte zu unterscheiden, tragen sie auch unterschiedliche Namen. Oft werden diese Namen von der Ursache oder der Wirkung der Kraft abgeleitet.

  Die Auftriebskraft beschreibt beispielsweise eine nach oben gerichtete Kraft. Die Zugkraft wird durch das Ziehen eines Körpers an einem anderen verursacht.

• Beschreibe, welche Kräfte beim Abschießen eines Pfeils wirken.

  Tipps

  An welchen beiden Wirkungen können wir eine Kraft erkennen?

  Überlege dir, welche Kräfte du im Alltag schon mal erfahren hast.

  Es gibt eine Kraft, die hier auf der Erdoberfläche überall wirkt und immer ungefähr gleich ist.

  Lösung

  Falls du einen Körper siehst, der sich bewegt, muss eine Kraft auf ihn wirken. Das gilt im Normalfall bei uns auf der Erde, wo immer Reibungskräfte wirken.

  Vorsicht! In der Physik wird als Vereinfachung oft angenommen, dass keine Reibung wirkt. In diesem Fall würde ein Körper seine Bewegung immer beibehalten, wenn keine Kraft wirkt. Egal ob er ruht oder sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt.

  Allgemein kann man aber sagen, dass man an der Bewegungsänderung eines Körpers eine Kraftwirkung erkennt. Auch wenn ein Körper seine Form ändert, muss eine Kraft auf ihn wirken.

  Wenn du zum Beispiel wie im Video auf einem Sitzball sitzt, erkennst du an der Formänderung des Balls, dass eine Kraft dich nach unten zieht - die Gewichtskraft.

  Ein anderes Phänomen, das du vom Fahrradfahren kennst, ist der Fahrtwind. Umso schneller wir fahren, umso stärker ist der Wind, der uns entgegenkommt. Die Luftteilchen reiben dabei an unserem Körper und dem Fahrrad und bremsen uns etwas ab. Diese Kraft wird daher Reibungskraft genannt.

  Wir erkennen Kräfte an Bewegungs- oder Formänderungen. Umgekehrt heißt das aber nicht, dass es keine Kraft gibt, wenn wir keine Bewegungs- oder Formänderung sehen.

  Wenn wir auf einem stabilen Stuhl sitzen, ändert er im Gegensatz zum Sitzball seine Form nicht, obwohl die gleichen Kräfte wirken.

• Gib an, welche der Kräfte es im physikalischen Sinn tatsächlich gibt.

  Tipps

  Achte darauf, dass im Alltag manche Dinge das Wort Kraft enthalten, obwohl es sich physikalisch gesehen gar nicht um eine Kraft handelt.

  Kräfte wirken zwischen Körpern.

  Du erkennst eine physikalische Kraft daran, dass entweder eine Bewegungsänderung oder eine Verformung hervorgerufen wird.

  Lösung

  Kräfte in der Physik wirken immer zwischen Körpern.

  Du erkennst eine physikalische Kraft daran, dass entweder eine Bewegungsänderung oder eine Verformung hervorgerufen wird.

  Die magnetische Kraft zieht Büroklammern zu einem Magneten.

  Die Bremsen des Autos verlangsamen es oder bringen das Auto zum Stillstand.

  Die Waschkraft ändert hingegen nicht die Bewegung der Wäsche, das macht nur die Waschmaschine. Auch Vorstellungskraft und Überzeugungskraft rufen keine Änderung der Bewegung oder der Form eines Körpers hervor.

  Achtung! Es können auch zwei Kräfte gleichzeitig wirken und sich gegenseitig aufheben. Dann kannst du sie nicht an einer Bewegung erkennen. Wenn du zum Beispiel auf einem Stuhl sitzt, wirkt die Gewichtskraft nach unten. Du bewegst dich jedoch nicht, da der Stuhl die gleiche Kraft in die entgegengesetzte Richtung, also nach oben, ausübt.

• Wende das Wechselwirkungsprinzip an.

  Tipps

  Das Wechselwirkungsprinzip sagt aus, dass wenn ein Körper auf einen zweiten eine Kraft ausübt, dieser zweite Körper die gleiche Kraft auf den ersten Körper ausübt.

  Mache dir von den Möglichkeiten Skizzen und zeichne die Kräfte ein, die wirken.

  Bist du schon mal aus einem Boot oder von einer Luftmatratze gesprungen? Was ist passiert?

  Lösung

  Um mit dem Boot voranzukommen, würden wir normalerweise rudern. Was passiert dabei? Mit Hilfe der Ruder schieben wir das Wasser von uns weg. Physikalisch bedeutet das, dass wir eine Kraft auf das Wasser ausüben. Das 3. Newtonsche Prinzip besagt, dass dann auch das Wasser eine Kraft auf das Ruder und somit auch auf das Ruderboot ausüben muss. Dadurch wird das Boot nach vorne geschoben. Den gleichen Effekt erreichen wir, wenn wir Gegenstände aus dem Boot werfen. Wir stoßen uns sozusagen an den Gegenständen ab.

  Du hast das sicherlich schon mal erlebt, wenn du von einem Boot oder einer Luftmatratze aus ins Wasser gesprungen bist. Das Boot hat sich leicht in die andere Richtung bewegt. Die Luftmatratze hat sich stärker in die andere Richtung bewegt. Die Kraft, mit der du dich abstößt, wirkt nicht nur auf dich, sondern auch auf das Boot oder die Matratze.

  Wenn nun also ein Gegenstand aus dem Boot geworfen wird, ist das so, als würdest du aus dem Boot springen. Der Gegenstand übt eine Kraft auf dich im Boot aus, die genauso groß ist wie die Kraft, mit der du den Gegenstand weg wirfst. Beide Kräfte wirken in die entgegengesetzte Richtung.

  Raketen funktionieren auf die gleiche Art und Weise. Man nennt das Phänomen auch Rückstoßprinzip.

  Warum können uns nicht der Magnet oder das Segel weiterhelfen? Überlege dir dazu, was beide Möglichkeiten gemeinsam haben.