12.2.2 Man übt eine Kraft aus
Damit ein Kind schneller und höher schaukelt, muss man es anstoßen...
Mögliche Antworten wären:
Übt man eine Kraft in Bewegungsrichtung des Körpers aus, wird er schneller.
Übt man eine Kraft gegen die Bewegungsrichtung aus, wird er langsamer.
Übt man keine Kraft aus, passiert nichts....
Das kann man auch gut vektoriell betrachten: Die Beschleunigung muss immer in Richtung der Kraft erfolgen. Gibt es eine Komponente in Bewegungsrichtung , so wird der Körper schneller oder langsamer. Steht die Kraft senkrecht auf der Bewegungsrichtung, kann sie den Körper nur ablenken und aus der Bahn bringen.
12.2.3 Was ist denn nun eine Kraft?
In der Mittelstufe habt ihr schon viel über Kräfte erfahren.
Wir charakterisieren eine Kraft durch drei Angaben:
- Eine Kraft hat eine Wirkungsrichtung. Das symbolisieren wir durch einen Pfeil.
- Eine Kraft hat einen Angriffspunkt. Dort lassen wir den Pfeil beginnen.
- Eine Kraft hat eine Stärke, auch Betrag der Kraft genannt.. Das symbolisieren wir durch die Länge des Pfeiles.
Diese Überlegungen können wir zusammenfassen:
Der Kraftpfeil, der Kraftvektor, zeigt immer in Richtung des Beschleunigungsvektors. Die von der Kraft hervorgerufene Beschleunigung ist proportional zur Stärke der Kraft.
Kräfte gibt man in Newton N an. Ein Kilogramm hat auf der Erde eine Gewichtskraft von etwa 9,8 N.
Spinnen wir das mal weiter:
Eine Masse m von 1 kg hat eine Gewichtskraft F von 9,8 N und es fällt auf der Erde mit einer Beschleunigung a von 9,8 m/sec². Das passt nur, wenn die Formel
F = m*a
gilt.
Setzt einfach mal ein: 9,8 N = 1 kg * 9,8 m/sec².
Wir erkennen auch, dass die Einheit N zusammengesetzt ist: N = kg*m/sec².
Damit werden wir uns noch näher beschäftigen.
Wirkt eine Kraft senkrecht zu einer Bewegung, so kann sich diese weder schneller machen noch abbremsen, sondern nur ablenken. Wirkt die Kraft dann dauerhaft in konstanter Stärke, so entsteht eine Kreisbahn.
Wir werden lernen, dass so die Bahnen der Planeten entstehen. Ihr müsst auch eine solche Kraft aufwenden, wenn ihr etwas herumschleudert.
Kräfte misst man z.B. mit Federwaagen.
Durch all diese Angaben haben wir natürlich nicht erklärt, was eine Kraft IST.
Wir können damit nur die Wirkung von Kräften beschreiben.
In der modernen Quantenfeldtheorie kann man zeigen, dass bei der Vermittlung von Kräften Energiepakete ausgetauscht werden, sog. Bosonen. Da scheint also auch etwas wirklich Substantielles hinter einer Kraft zu stehen. Und die ART von Einstein beschreibt Gravitationskräfte als Wirkungen von Raumkrümmungen (besser Metrikänderungen) auf die Bewegung von Körpern.
Trotzdem müssen wir aufpassen, die richtigen Verben in Verbindung mit Kraft zu nehmen:
Kräfte wirken, sie greifen an. Aber eine Kraft kann nicht abgegeben werden oder aufgenommen werden. Es gibt keine übertragbare Kraftmenge, nur eine Wirkungsgröße.
Gegenstände können auch keine Kraft haben im Sinne des Besitzens, auch wenn wir das umgangssprachlich oft sagen. Wir meinen damit nur, dass die Wirkung der Kraft, die der Gegenstand ausübt, groß ist.
Ob eine Kraft vorliegt, erkennen wir eben nur an ihrer Wirkung.
Damit haben wir die drei Fragen mit Hilfe des Begriffes Kraft beantwortet. Nun machen wir uns schwungvoll an den Schwung...
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