Grundlagen der Mechanik und Newtonsche Gesetze

Eigenschaften von Kräften

Eine Kraft ist ein Einfluss, der den Bewegungszustand eines Objekts verändert, wie wir beim Schieben oder Werfen eines Gegenstandes bemerken.

• Objekt 1: Eine Kraft ist immer die Einwirkung eines physikalischen Objekts auf ein anderes.
• Eigenschaft 2: Kräfte sind durch ihre Größe und Richtung gekennzeichnet. Sie werden als Vektoren bezeichnet. Das Modul kann in Kilopond (Kp) ausgedrückt werden. Die Richtung wird durch einen Pfeil gekennzeichnet.
• Definition Kilopond: Das Kilopond oder Kilogramm-Kraft ist die Kraft, mit welcher die Erde ein Objekt von einem Kilogramm auf Meereshöhe bei 45° Breite anzieht.

Newtons drittes Gesetz (Aktion und Reaktion)

Wenn ein Objekt A eine Kraft auf ein Objekt B ausübt, übt Objekt B gleichzeitig eine Kraft auf Objekt A aus. Die Kraft ist von gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung. Kräfte treten immer paarweise auf.

Bemerkung: Die Kräfte von Aktion und Reaktion wirken auf zwei verschiedene Objekte.

Eigenschaft 4: Superpositionsprinzip

Wenn zwei oder mehrere Kräfte gleichzeitig auf dasselbe Objekt wirken, ist die Wirkung gleich der Vektorsumme der individuellen Kräfte: S = F1 + F2.

Das erste Newtonsche Gesetz (Spezialfall)

Damit ein Objekt in Ruhe bleibt oder im Gleichgewicht ist, muss die Summe aller auf es wirkenden Kräfte gleich Null sein. Die drei Gesetze der Bewegung wurden von Isaac Newton dargelegt.

Spezifische Kräfte im Alltag

Gravitationskraft

Die Gravitationskraft ist die Kraft, mit welcher die Erde alle Gegenstände anzieht. Die Richtung der Kraft weist immer zum Erdmittelpunkt. Gemäß dem dritten Newtonschen Gesetz zieht der Block die Erde mit einer Kraft gleicher Größe, aber entgegengesetzter Richtung an. Ein Pfund entspricht etwa 4,45 Newton (1 lb = 4,45 N).

Federkraft

Die Federkraft wird durch die Formel Fg = Kx beschrieben. Im Gleichgewicht gilt: Fg + Fk = 0 bzw. Fk = -Fg.

Kontaktkraft

Wenn ein Block auf einem Tisch ruht, wirkt neben der Gravitationskraft eine weitere Kraft. Die Oberfläche wird durch den Block leicht deformiert und übt eine aufwärts gerichtete Kraft Fc aus, die senkrecht auf der Fläche steht und als Anpresskraft bezeichnet wird. Es gilt: Fc = -Fg.

Kontaktkräfte werden durch feste Gegenstände ausgeübt und sind reale Kräfte, die mit kleinen, oft unsichtbaren Verformungen der Oberflächen einhergehen.