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Physik · Jahrgang 9 · Basiswissen

Kraft und Beschleunigung

Das lernst du

  1. Ich erkläre, wann ein Körper seine Bewegung beibehält.
  2. Ich wende F = m · a an.
  3. Ich unterscheide Masse und Gewichtskraft.
  4. Ich erkläre Kraft und Gegenkraft an Beispielen.
  5. Ich berechne Reibungskräfte.
  6. Ich zeichne Kräfte maßstäblich als Pfeile.
  7. Ich erkläre Sicherheitseinrichtungen im Auto physikalisch.

Merksätze

Erstes Gesetz (Trägheit)

Ohne Kraft ändert sich die Bewegung nicht: Ein Körper bleibt in Ruhe oder fährt gleichförmig geradeaus weiter.

Zweites Gesetz

Die Formel F = m · a heißt: Kraft ist Masse mal Beschleunigung.

Dieselbe Kraft beschleunigt eine große Masse weniger stark als eine kleine.

Drittes Gesetz

Kräfte treten immer paarweise auf, gleich groß und entgegengesetzt.

Sie wirken an zwei verschiedenen Körpern und heben sich deshalb nicht auf.

Masse und Gewichtskraft

Die Masse in kg ist überall gleich.

Die Gewichtskraft in N ist m · g und hängt vom Himmelskörper ab.

Kräfte zeichnen

Ein Kraftpfeil zeigt drei Dinge: Angriffspunkt, Richtung und – über die Länge im Maßstab – den Betrag.

Reibung

F_R = μ · F_N. Die Reibungskraft hängt von der Andruckkraft und den Materialien ab, nicht von der Kontaktfläche.

Sicherheit im Auto

Gurt und Airbag verlängern die Zeit, in der man abgebremst wird.

Längere Zeit heißt kleinere Beschleunigung und damit kleinere Kraft.

Selbst abfragen

Karte 1 von 7 · Vorderseite
Kraft und BeschleunigungErstes Gesetz (Trägheit)Was weißt du dazu? Erst selbst sagen, dann umdrehen.

Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.

So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart

Trägheit: Was macht der Körper?

Ein Kind steht ohne festzuhalten im Bus. Der Bus fährt 50 km/h und bremst plötzlich. Was passiert mit dem Körper – und warum?

BusKörperWas passiert hier?bremst50 km/h
  1. Frag zuerst: Welcher Körper wird gebremst oder gelenkt – und welcher nicht?
  2. Wirkt kaum eine Kraft, behält ein Körper Richtung und Tempo bei: Trägheit.
  3. Er bewegt sich weiter nach vorn, weil er seine Bewegung beibehält.

Ergebnis: Er bewegt sich weiter nach vorn, weil er seine Bewegung beibehält.

Kräftegleichgewicht bei Ruhe und gleich schneller Fahrt

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.

AutoF_Antrieb = ?Rollreibung 200 NLuft 700 Nfährt gleich schnell geradeaus
  1. Gleich schnell geradeaus: Die Kräfte heben sich auf, die Gesamtkraft ist 0 N.
  2. Antrieb nach vorn = alle bremsenden Kräfte nach hinten zusammen
  3. F = 200 N + 700 N = 900 N

Ergebnis: 900 N

Kraft: F = m · a

Ein Radfahrer mit Rad hat 60 kg und wird mit 4 m/s² beschleunigt. Wie groß ist die beschleunigende Kraft? Berechne mit Einheit.

RadF = ?m = 60 kg, a = 4 m/s²
  1. F = m · a
  2. F = 60 kg · 4 m/s²
  3. F = 240 N, denn 1 kg · m/s² = 1 N

Ergebnis: 240 N

Beschleunigung und Masse aus F = m · a

Ein Einkaufswagen hat 80 kg. Die Gesamtkraft auf ihn ist 100 N. Wie groß ist seine Beschleunigung? Berechne mit Einheit.

EinkaufswagenF = 100 Nm = 80 kg, a = ?
  1. F = m · a, nach a umgestellt: a = F : m
  2. a = 100 N : 80 kg
  3. 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

Masse in Newton eingesetzt
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.

Bewegung braucht dauernd Kraft
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.

Gegenkraft für schwächer gehalten
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.

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