Wie lang ist der Pfeil? Der Satz des Pythagoras macht aus zwei Koordinaten eine einzige Zahl — den Betrag der Kraft.
Im vorigen Kapitel ist aus jedem Kraftpfeil ein Zahlenpaar geworden.
Das Bild dazu kennst du vom Stadtplan.
Betrag: die Idee
Problem: In \( F = m \cdot a \) darf kein Zahlenpaar stehen, sondern eine einzige Zahl: die Stärke der Kraft.
Betrag: Die direkte Strecke vom Start bis zur Spitze des Pfeils (Luftlinie) ist der Betrag des Vektors.
Der Betrag eines Vektors ist die Länge der Strecke vom Angriffspunkt bis zur Spitze des Pfeils.
Die drei Kernaussagen:
Der Betrag ist eine reine Zahl mit Einheit — ohne Richtung.
Bedeutung: Der Betrag ist die Länge der Strecke vom Angriffspunkt bis zur Spitze des Pfeils.
Notation: Zum Vektor \( \vec{a} \) gehört die Schreibweise \( |\vec{a}| \).
Berechnung: Für \( \vec{a} = \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} \) liefert der Satz des Pythagoras \( |\vec{a}| = \sqrt{x^2 + y^2} \).
Betrag: Der Betrag ist die Länge des Pfeils vom Angriffspunkt bis zur Spitze. Man schreibt \( |\vec{a}| \); von dem Vektor interessiert nur die Länge, nicht die Richtung.
Nie negativ: Beim Quadrieren fällt jedes Minuszeichen weg. Ein Betrag ist eine Länge und damit nie negativ.
Einheit: Die Einheit wird mitquadriert und beim Wurzelziehen wieder zur selben Einheit. Der Betrag liefert den Zahlenwert etwa für \( F = m \cdot a \).
Notation des Betrags:
\( |\vec{a}| \)
Gelesen: „Betrag von a“.
Die zwei Striche: Von diesem Vektor interessiert nur noch die Länge, nicht die Richtung.
Berechnung über den Satz des Pythagoras:
\( |\vec{a}| = \sqrt{x^2 + y^2} \)
\( \vec{a} \): Vektor mit \( \vec{a} = \begin{pmatrix} x \\ y \end{pmatrix} \).
x, y: Die beiden Koordinaten des Vektors, also die Katheten des Steigungsdreiecks.
Zeichne zu einem Vektor sein Steigungsdreieck — damit ist die Voraussetzung für Pythagoras erfüllt.
Der Betrag liefert den Zahlenwert in Newton für Formeln wie \( F = m \cdot a \) — aus \( \begin{pmatrix} 23\,\mathrm{kN} \\ 6\,\mathrm{kN} \end{pmatrix} \) wird so ein einziger Kraftwert:
Beachte die Einheit: Sie wird mitquadriert und beim Wurzelziehen wieder zu kN — erst mit dieser einen Zahl lässt sich etwa \( a = \frac{F}{m} \) berechnen.
Das Steigungsdreieck wird live mitgezeichnet: rot die x-Strecke, grün die y-Strecke, violett der Vektor. Mit Quadrate zeigen erscheint der Satz des Pythagoras als Flächen.
Halte fest: Rotes und grünes Quadrat ergeben zusammen immer genau das violette — deshalb steht unter der Wurzel \( x^2 + y^2 \). Bei negativen Koordinaten klappt das Dreieck um, Flächen und Betrag bleiben gleich.
Drei häufige Stolperstellen:
„Der Betrag ist die Summe der Koordinaten.“ Nein: Bei \( \vec{a} = \begin{pmatrix} 4 \\ 3 \end{pmatrix} \) wären das 7, der Betrag ist aber 5. Addieren hieße, den Umweg über die Ecke zu gehen.
„Eine negative Koordinate gibt einen negativen Betrag.“ Nein, das Minuszeichen fällt beim Quadrieren weg: \( |\vec{c}| = \sqrt{400 + 441} = 29 \). Schreibe beim Einsetzen die Klammer, denn \( -20^2 \) wäre \( -400 \).
„Mit den Kräften addieren sich auch ihre Beträge.“ Nur bei gleicher Richtung: \( 12{,}73 + 14{,}32 = 27{,}05 \), der Betrag der Summe ist aber nur \( 23{,}8 \). Erst die Vektoren addieren, dann den Betrag bilden.