Verformen, Richtung ändern, beschleunigen — drei Wirkungen, ein Begriff. Dazu Formelzeichen, Einheit und die Gleichung, die alles zusammenhält.
Die Dynamik ist das Teilgebiet der Physik, in dem Kräfte und ihre Wirkungen untersucht werden.
Woran erkennt man überhaupt, dass eine Kraft wirkt? Man sieht nie die Kraft, immer nur ihre Folgen — am Fußball auf dem Rasen gleich dreifach.
Drei Beobachtungen, ein einziger Begriff dahinter.
Kraft Einstieg
Dynamik: Die Dynamik untersucht Kräfte und ihre Wirkungen.
Wirkungen: Man sieht eine Kraft nie selbst, nur ihre Folgen: Sie verformt einen Körper, beschleunigt ihn oder lenkt ihn ab.
In der Physik versteht man unter Kraft eine Einwirkung auf einen Körper, die ihn verformt, seine Richtung ändert oder ihn beschleunigt.
Die drei Kraftwirkungen:
Eine Kraft verformt einen Körper, ändert seine Richtung oder beschleunigt ihn.
Verformen: Der Körper wird gedehnt, gestaucht oder eingedellt.
Richtung ändern: Er bewegt sich danach anders herum als vorher.
Beschleunigen: Er wird schneller oder langsamer.
Definition: Eine Kraft ist eine Einwirkung auf einen Körper, die ihn verformt, seine Richtung ändert oder ihn beschleunigt.
Newton: 1 N ist die Kraft, die 1 kg in 1 s aus der Ruhe auf 1 m/s beschleunigt: \(1\,\mathrm{N} = 1\,\dfrac{\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2}\). Newton ist keine Grundeinheit.
Vektor: Kraft und Beschleunigung sind vektoriell (Betrag und Richtung), die Masse ist skalar.
Formelzeichen und Einheit:
\( F \) bzw. \( \vec{F} \) · \( [F] = 1\,\mathrm{N} \)
N: Newton, die Einheit der Kraft.
\( \vec{F} \): Pfeilschreibweise — gemeint ist dann nicht nur der Betrag, sondern auch die Richtung.
Grundgleichung der Mechanik:
\( F = m \cdot a \)
F: Kraft in Newton (N).
m: Masse in Kilogramm (kg).
a: Beschleunigung in m/s².
Ein Newton ist genau die Kraft, die einen ruhenden Körper so beschleunigt:
Genau das steckt in der Einheit:
Es genügt nicht zu sagen, wie stark gezogen wird.
| Größe | Zeichen | Einheit | Art |
|---|---|---|---|
| Kraft | \(F\) bzw. \(\vec{F}\) | N = kg·m/s² | vektoriell |
| Masse | \(m\) | kg | skalar (nur Betrag) |
| Beschleunigung | \(a\) bzw. \(\vec{a}\) | m/s² | vektoriell |
Drei Versuchsaufbauten zeigen unterschiedliche Wirkungen einer Kraft. Beobachte, welche der drei Wirkungen jeweils eintritt — und wie stark sie mit der Kraft wächst.
Pfeiltasten verändern die Kraft in 5-Newton-Schritten.
Halte fest: In allen drei Aufbauten wirkt dieselbe physikalische Größe — nur die beobachtbare Folge ist eine andere. Und in allen drei Fällen gilt: keine Kraft, keine Änderung.
Drei häufige Stolperstellen:
Kraft ist nicht Masse. Kilogramm sagt, wie viel Materie ein Körper enthält, Newton sagt, wie stark auf ihn eingewirkt wird. In \(F = m \cdot a\) stehen beide nebeneinander.
Bewegung allein heißt nicht Kraft. Eine Kraft ändert die Bewegung — wer mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus fährt, braucht dafür keine resultierende Kraft.
Newton ist abgeleitet, keine Grundeinheit wie kg oder m: \(1\,\mathrm{N} = 1\,\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}/\mathrm{s}^2\). Damit lässt sich in jeder Rechnung prüfen, ob die Einheiten passen.