Kraftwirkungen erkennen, das Newton sicher umrechnen, mit F = m · a rechnen und typische Denkfallen rund um Kraft, Masse und Bewegung durchschauen.
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Übungsaufgaben
Dreißig Übungen, fortlaufend nummeriert: Aufgaben zum Klicken, Ziehen und Knobeln wechseln sich mit Rechen- und Eingabeaufgaben ab. Jede Übung gibt Ihnen sofort eine Rückmeldung, und zu jeder Aufgabe gibt es zwei gestufte Tipps.
A1
Vier Kräfte aus F = m · a
AFB I
Beschleunigt werden ein beladener Einkaufswagen, ein Ruderboot samt Mannschaft, ein Handball beim Wurf und ein Lkw-Sattelzug. Berechnen Sie jeweils den Betrag der Kraft, die die angegebene Beschleunigung bewirkt.
Füllen Sie alle leeren Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
m in kg
a in m/s²
F in N
Wagen
35
0,80
Boot
420
0,65
Ball
0,45
120
Lkw
40 000
0,45
Jedes Mal gilt F = m · a mit m in kg und a in m/s², dann kommt F direkt in N heraus: 35 kg · 0,80 m/s² = 28 N; 420 kg · 0,65 m/s² = 273 N; 0,45 kg · 120 m/s² = 54 N; 40 000 kg · 0,45 m/s² = 18 000 N = 18 kN. Auffällig: Der leichte Handball braucht mehr Kraft als der Einkaufswagen – seine Beschleunigung ist 150-mal so groß.
Setzen Sie in F = m · a ein. Weil m in kg und a in m/s² gegeben sind, erhalten Sie F sofort in N.
28 N · 273 N · 54 N · 18 000 N (Sattelzug: 40 000 · 0,45).
A2
Vollständige Kraftangaben
AFB II
Eine Kraft ist erst dann vollständig angegeben, wenn klar ist, wie groß sie ist und wohin sie wirkt. Überprüfen Sie jede Angabe und markieren Sie alle, die eine Kraft vollständig beschreiben.
Mehrere Antworten sind richtig. Markieren Sie alle zutreffenden und klicken Sie dann auf „Auswahl prüfen“.
Vollständig sind nur die vier Angaben mit Betrag und Richtung – auch 5 kg·m/s² ist ein Kraftbetrag (= 5 N). „Der Motor hat 3 kN“ und „ziehen mit 1,8 kN“ nennen nur den Betrag, die Richtung fehlt. 20 kg ist eine Masse, 2 m/s² nach vorn eine Beschleunigung – beides ist keine Kraft, auch wenn die zweite Angabe sogar eine Richtung hat.
Prüfen Sie zuerst die Einheit: Ist es überhaupt eine Kraft (N bzw. kg·m/s²)? Dann: Ist eine Richtung genannt?
Richtig sind Kran (12 kN nach oben), Abschleppseil (250 N nach links), Windstoß (40 N nach Osten) und die Hand (5 N schräg, 30°).
A3
Vier Diagramme, eine Fahrt
AFB IIMix
Ein Gleiter (m = 0,50 kg) ruht auf einer reibungsfreien Luftkissenbahn. Von t = 0 bis t = 4 s zieht ein Faden mit der konstanten Kraft 0,75 N in Fahrtrichtung, dann reißt der Faden; danach ist die resultierende Kraft null. Interpretieren Sie die vier v-t-Diagramme im Sachzusammenhang und wählen Sie das eine, das zur Fahrt passt.
Klicken Sie die passende Karte an und prüfen Sie dann. Mit der Tastatur: Tab zur Karte, Enter auswählen.
Mit a = F : m = 0,75 N : 0,50 kg = 1,5 m/s² erreicht der Gleiter nach 4 s die Geschwindigkeit v = a · t = 6 m/s (Diagramm C). Danach ist die resultierende Kraft null – also ändert sich die Bewegung nicht mehr: v bleibt 6 m/s. A zeigt die Alltagsvorstellung „ohne Kraft kommt alles zur Ruhe“, D tut so, als würde weiter beschleunigt, und B rechnet mit a = 0,75 m/s², also ohne die Masse.
Berechnen Sie zuerst die Beschleunigung in den ersten 4 s und daraus die Geschwindigkeit bei t = 4 s. Was ändert sich danach, wenn die resultierende Kraft null ist?
a = 1,5 m/s², v(4 s) = 6 m/s; danach bleibt v konstant → Diagramm C.
