Grundlagen der Mechanik: Kräfte und Newtons Gesetze

Definition von Kraft

Jede Kraft ist in der Lage, den Bewegungszustand eines Körpers zu ändern oder eine Verformung hervorzurufen.

Der Vektor und seine Elemente

Ein Vektor ist eine gerichtete Strecke.

Elemente eines Kraftvektors:

• Angriffspunkt: Der Punkt, an dem die Kraft angewendet wird.
• Betrag (Modul): Die Intensität der Kraft.
• Wirkungslinie: Die Linie, auf der der Vektor der Kraft wirkt.
• Richtung (Sinn): Zeigt an, welche der zwei möglichen Orientierungen die Kraft annimmt.

Spezifische Kräfte und Konzepte

Gewicht eines Körpers

Das Gewicht eines Körpers ist die Gravitationszugkraft, die von der Erde auf ihn ausgeübt wird.

Kräftesystem

Ein Kräftesystem ist eine Menge von Kräften, die auf einen Körper wirken.

Resultierende Kraft

Die resultierende Kraft ist die Kraft, die auf einen Körper wirkt und den gleichen Effekt erzeugt wie die Vektorsumme aller einwirkenden Kräfte.

Zerlegung von Kräften

Die Zerlegung von Kräften beschreibt Kräfte, die zusammen die gleiche Wirkung wie die ursprüngliche Kraft erzeugen.

Gleichgewicht von Kräften

Zwei oder mehr Kräfte, die auf einen Körper wirken, befinden sich im Gleichgewicht, wenn sich ihre Wirkungen gegenseitig aufheben, d.h., wenn die Resultierende Null ist.

Normalkraft

Die Normalkraft ist die Kraft, die senkrecht auf die Auflagefläche eines Körpers wirkt.

Reibungskraft

Die Reibungskraft ist die Kraft, die der Bewegung auf der Kontaktfläche zwischen Körpern entgegenwirkt.

Newtons Bewegungsgesetze

Newtons 1. Gesetz: Das Trägheitsgesetz

Ein Körper verharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung, solange keine äußere Kraft auf ihn einwirkt oder die Resultierende der einwirkenden Kräfte Null ist.

Newtons 2. Gesetz: Das Grundgesetz der Dynamik

Wirkt eine resultierende Kraft auf einen Körper, so ist die Beschleunigung direkt proportional zur Kraft und umgekehrt proportional zur Masse des Körpers.

Newtons 3. Gesetz: Das Gesetz von Aktion und Reaktion

Übt ein Körper eine Kraft (Aktion) auf einen anderen Körper aus, so übt dieser wiederum eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft (Reaktion) auf den ersten Körper aus.

Merkmale von Aktions- und Reaktionskräften:

• Sie wirken gleichzeitig: Es ist nicht so, dass eine Kraft auf die andere reagiert, sondern beide wirken zur gleichen Zeit.
• Sie wirken auf verschiedene Körper: Diese Kräfte heben sich nicht gegenseitig auf, da jede auf einen anderen Körper wirkt. Daher können sie erhebliche Auswirkungen auf die jeweiligen Körper haben.
• Manchmal sind die Auswirkungen einer dieser Kräfte nicht offensichtlich: Dies kann der Fall sein, wenn ein Körper eine sehr große Masse hat oder andere Kräfte die Bewegung ausgleichen.

Trägheit

Trägheit ist die Eigenschaft der Materie, die bewirkt, dass ein Körper seinen Zustand der Ruhe oder Bewegung nicht von selbst ändert.