Kraft und Beschleunigung
Das lernst du
- Ich erkläre, wann ein Körper seine Bewegung beibehält.
- Ich wende F = m · a an.
- Ich unterscheide Masse und Gewichtskraft.
- Ich erkläre Kraft und Gegenkraft an Beispielen.
- Ich berechne Reibungskräfte.
- Ich zeichne Kräfte maßstäblich als Pfeile.
- Ich erkläre Sicherheitseinrichtungen im Auto physikalisch.
Merksätze
Ohne Kraft ändert sich die Bewegung nicht: Ein Körper bleibt in Ruhe oder fährt gleichförmig geradeaus weiter.
Die Formel F = m · a heißt: Kraft ist Masse mal Beschleunigung.
Dieselbe Kraft beschleunigt eine große Masse weniger stark als eine kleine.
Kräfte treten immer paarweise auf, gleich groß und entgegengesetzt.
Sie wirken an zwei verschiedenen Körpern und heben sich deshalb nicht auf.
Die Masse in kg ist überall gleich.
Die Gewichtskraft in N ist m · g und hängt vom Himmelskörper ab.
Ein Kraftpfeil zeigt drei Dinge: Angriffspunkt, Richtung und – über die Länge im Maßstab – den Betrag.
F_R = μ · F_N. Die Reibungskraft hängt von der Andruckkraft und den Materialien ab, nicht von der Kontaktfläche.
Gurt und Airbag verlängern die Zeit, in der man abgebremst wird.
Längere Zeit heißt kleinere Beschleunigung und damit kleinere Kraft.
Selbst abfragen
Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.
So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart
Ein Kind steht ohne festzuhalten im Bus. Der Bus fährt 50 km/h und bremst plötzlich. Was passiert mit dem Körper – und warum?
- Frag zuerst: Welcher Körper wird gebremst oder gelenkt – und welcher nicht?
- Wirkt kaum eine Kraft, behält ein Körper Richtung und Tempo bei: Trägheit.
- Er bewegt sich weiter nach vorn, weil er seine Bewegung beibehält.
Ergebnis: Er bewegt sich weiter nach vorn, weil er seine Bewegung beibehält.
Ein Auto fährt geradeaus immer gleich schnell. Die Rollreibung bremst mit 200 N, der Luftwiderstand mit 700 N. Wie groß ist die Antriebskraft? Berechne mit Einheit.
- Gleich schnell geradeaus: Die Kräfte heben sich auf, die Gesamtkraft ist 0 N.
- Antrieb nach vorn = alle bremsenden Kräfte nach hinten zusammen
- F = 200 N + 700 N = 900 N
Ergebnis: 900 N
Ein Radfahrer mit Rad hat 60 kg und wird mit 4 m/s² beschleunigt. Wie groß ist die beschleunigende Kraft? Berechne mit Einheit.
- F = m · a
- F = 60 kg · 4 m/s²
- F = 240 N, denn 1 kg · m/s² = 1 N
Ergebnis: 240 N
Ein Einkaufswagen hat 80 kg. Die Gesamtkraft auf ihn ist 100 N. Wie groß ist seine Beschleunigung? Berechne mit Einheit.
- F = m · a, nach a umgestellt: a = F : m
- a = 100 N : 80 kg
- a = 1,25 m/s², denn 1 N : 1 kg = 1 m/s²
Ergebnis: 1,25 m/s²
Typische Fehler – so sieht es falsch aus, so richtig
m = 5 kg, a = 2 m/s²: F = 50 N · 2 = 100 N
F = m · a = 5 kg · 2 m/s² = 10 N (50 N ist die Gewichtskraft)
In F = m · a steht die Masse in kg. Wer die Gewichtskraft einsetzt, rechnet mit g zweimal.
Der Wagen rollt gleichförmig, also wirkt eine Kraft in Fahrtrichtung.
Gleichförmig heißt: Die Kräfte heben sich auf. Antrieb = Reibung, Summe = 0 N
Eine gleichförmige Bewegung braucht keine Kraft. Kraft braucht man nur zum Ändern der Bewegung.
Die Erde zieht den Apfel mit 1 N, der Apfel zieht die Erde kaum.
Beide Kräfte sind 1 N. Verschieden ist nur die Wirkung: a = F : m, und die Erde ist sehr schwer.
Die Gegenkraft ist genau gleich groß. Verschieden sind die Wirkungen, weil die Massen verschieden sind.
Weiter lesen und ausprobieren – auf fremden Seiten
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Wellen auf einer Schnur (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
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