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Physik · Klasse 9 · Kapitel

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Kraft und Beschleunigung

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich erkläre, wann ein Körper seine Bewegung beibehält.

MerkenErstes Gesetz (Trägheit)

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

BeispielTrägheit: Was macht der Körper?

Eine Tischdecke wird mit einem schnellen Ruck unter den Tellern weggezogen. Was passiert mit den Tellern – und warum?
TischdeckeTellerWas passiert hier?Ruck
Schritt für Schritt
  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. Sie bleiben fast an ihrem Platz, weil sie ihre Ruhe beibehalten.
  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. Sie bleiben fast an ihrem Platz, weil sie ihre Ruhe beibehalten.
Ergebnis:
Sie bleiben fast an ihrem Platz, weil sie ihre Ruhe beibehalten.

AchtungEine Kraft statt der Gesamtkraft

So nicht
Motor 900 N, Wasser bremst 300 N, m = 600 kg: a = 900 N : 600 kg = 1,5 m/s²
So richtig
F = 900 N − 300 N = 600 N, a = 600 N : 600 kg = 1 m/s²

Zähl alle Kräfte am Körper mit ihrer Richtung zusammen. Erst die Gesamtkraft gehört in die Formel.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ein Junge steht ohne festzuhalten im Bus. Der Bus fährt 40 km/h und bremst plötzlich. Was passiert mit dem Körper – und warum?
    BusKörperWas passiert hier?bremst40 km/h
    So fängst du an:
    Frag zuerst: Welcher Körper wird gebremst oder gelenkt – und welcher nicht?
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●2
    In einem Einkaufswagen liegt ein Kürbis. Der Wagen rollt mit 3 km/h und stößt gegen ein Regal. Was passiert mit der Ladung – und warum?
    EinkaufswagenLadungWas passiert hier?stößt ans Regal3 km/h
    Lösung zeigen
    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. Sie rutscht weiter nach vorn, weil sie ihre Bewegung beibehält.
    Ergebnis:
    Sie rutscht weiter nach vorn, weil sie ihre Bewegung beibehält.
  3. ★3
    Ein Bus fährt schnell in eine Kurve nach links. Eine Tasche liegt auf dem glatten Sitz. Wohin rutscht sie – und warum?
    Tasche ?Kurve nach links, von oben gesehen
    Lösung zeigen
    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. nach rechts, weil sie einfach geradeaus weiterfährt
    Ergebnis:
    nach rechts, weil sie einfach geradeaus weiterfährt

2Ich wende F = m · a an.

MerkenZweites Gesetz

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

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

BeispielKraft: F = m · a

Ein Motorroller mit Fahrer hat 250 kg und wird mit 0,5 m/s² beschleunigt. Wie groß ist die beschleunigende Kraft? Berechne mit Einheit.
RollerF = ?m = 250 kg, a = 0,5 m/s²
Schritt für Schritt
  1. F = m · a
  2. F = 250 kg · 0,5 m/s²
  3. F = 125 N, denn 1 kg · m/s² = 1 N
  1. F = m · a
  2. F = 250 kg · 0,5 m/s²
  3. F = 125 N, denn 1 kg · m/s² = 1 N
Ergebnis:
125 N

AchtungFormel falsch umgestellt

So nicht
V = ρ · m
So richtig
ρ = m : V   | · V   | : ρ   →   V = m : ρ

Setz einfache Zahlen ein, zum Beispiel 6 = 12 : 2. Stell zuerst mit Zahlen um, dann mit Buchstaben.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Motorroller mit Fahrer hat 250 kg und wird mit 1 m/s² beschleunigt. Wie groß ist die beschleunigende Kraft? Berechne mit Einheit.
    RollerF = ?m = 250 kg, a = 1 m/s²
    So fängst du an:
    F = m · a
    Lösung zeigen
    1. F = m · a
    2. F = 250 kg · 1 m/s²
    3. F = 250 N, denn 1 kg · m/s² = 1 N
    Ergebnis:
    250 N
  2. ●5
    Ein Radfahrer mit Rad hat 70 kg und wird mit 2,5 m/s² beschleunigt. Wie groß ist die beschleunigende Kraft? Berechne mit Einheit.
    RadF = ?m = 70 kg, a = 2,5 m/s²
    Lösung zeigen
    1. F = m · a
    2. F = 70 kg · 2,5 m/s²
    3. F = 175 N, denn 1 kg · m/s² = 1 N
    Ergebnis:
    175 N
  3. ★6
    Ein Handball mit 500 g wird beim Schuss mit 400 m/s² beschleunigt. Wie groß ist die Kraft auf den Ball? Berechne mit Einheit.
    BallF = ?m = 500 g, a = 400 m/s²
    Lösung zeigen
    1. Erst in Kilogramm umrechnen: 500 g = 0,5 kg
    2. F = m · a
    3. F = 0,5 kg · 400 m/s² = 200 N
    Ergebnis:
    200 N

3Ich unterscheide Masse und Gewichtskraft.

MerkenDrittes Gesetz

Kräfte treten immer paarweise auf, gleich groß und entgegengesetzt.

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

BeispielGewichtskraft

Welche Gewichtskraft hat ein Körper mit der Masse 1,5 kg auf der Erde (g ≈ 10 N/kg)? Berechne mit Einheit.
1,5 kgF = ?Erde: g ≈ 10 N/kg
Schritt für Schritt
  1. F = m · g
  2. F = 1,5 kg · 10 N/kg
  3. F = 15 N
  1. F = m · g
  2. F = 1,5 kg · 10 N/kg
  3. F = 15 N
Ergebnis:
15 N

AchtungKomma beim Mal oder Durch 10, 100, 1000 falsch verschoben

So nicht
3,5 · 10 = 0,35
So richtig
3,5 · 10 = 35

Frag dich: Wird die Zahl größer oder kleiner? Mit mal 10 wird sie größer.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Gewichtskraft hat ein Körper mit der Masse 12 kg auf der Erde (g ≈ 10 N/kg)? Berechne mit Einheit.
    12 kgF = ?Erde: g ≈ 10 N/kg
    So fängst du an:
    F = m · g
    Lösung zeigen
    1. F = m · g
    2. F = 12 kg · 10 N/kg
    3. F = 120 N
    Ergebnis:
    120 N
  2. ●8
    Welche Gewichtskraft hat ein Körper mit der Masse 3 kg auf der Erde (g ≈ 10 N/kg)? Berechne mit Einheit.
    3 kgF = ?Erde: g ≈ 10 N/kg
    Lösung zeigen
    1. F = m · g
    2. F = 3 kg · 10 N/kg
    3. F = 30 N
    Ergebnis:
    30 N
  3. ★9
    Eine Packung hat die Masse 200 g. Welche Gewichtskraft hat sie auf der Erde (g ≈ 10 N/kg)? Berechne mit Einheit.
    200 gF = ?Erde: g ≈ 10 N/kg
    Lösung zeigen
    1. F = m · g
    2. 200 g = 0,2 kg
    3. F = 0,2 kg · 10 N/kg = 2 N
    Ergebnis:
    2 N

4Ich erkläre Kraft und Gegenkraft an Beispielen.

MerkenMasse und Gewichtskraft

Die Masse in kg ist überall gleich.

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

BeispielKraft und Gegenkraft benennen

Ein Rucksack mit 1,5 kg liegt auf dem Tisch. Die Erde zieht ihn mit 15 N nach unten. Welche Kraft ist die Gegenkraft dazu?
RucksackErdeErde auf Rucksack: 15 NRucksack auf Erde: ?
Schritt für Schritt
  1. Schreib die Kraft als „wer auf wen“ auf.
  2. Gegenkraft: dieselbe Zeile mit vertauschten Körpern, gleich groß und entgegengesetzt.
  3. Er zieht die Erde mit 15 N nach oben.
  1. Schreib die Kraft als „wer auf wen“ auf.
  2. Gegenkraft: dieselbe Zeile mit vertauschten Körpern, gleich groß und entgegengesetzt.
  3. Er zieht die Erde mit 15 N nach oben.
Ergebnis:
Er zieht die Erde mit 15 N nach oben.

AchtungDer Größere drückt stärker

So nicht
Lastwagen und Auto stoßen zusammen: Der Lastwagen drückt stärker.
So richtig
Lastwagen auf Auto = Auto auf Lastwagen. Das leichte Auto wird stärker beschleunigt: a = F : m.

Vergleiche die Beträge: Kraft und Gegenkraft sind immer gleich groß. Der leichtere Körper wird stärker beschleunigt.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Magnet zieht einen Eisennagel mit 3 N an. Welche Kraft ist die Gegenkraft dazu?
    NagelMagnetNagel auf Magnet: ?Magnet auf Nagel: 3 N
    So fängst du an:
    Schreib die Kraft als „wer auf wen“ auf.
    Lösung zeigen
    1. Schreib die Kraft als „wer auf wen“ auf.
    2. Gegenkraft: dieselbe Zeile mit vertauschten Körpern, gleich groß und entgegengesetzt.
    3. Der Nagel zieht den Magneten mit 3 N an.
    Ergebnis:
    Der Nagel zieht den Magneten mit 3 N an.
  2. ●11
    Du drückst mit der Hand mit 200 N gegen eine Wand. Welche Kraft ist die Gegenkraft dazu?
    HandWandHand auf Wand: 200 NWand auf Hand: ?
    Lösung zeigen
    1. Schreib die Kraft als „wer auf wen“ auf.
    2. Gegenkraft: dieselbe Zeile mit vertauschten Körpern, gleich groß und entgegengesetzt.
    3. Die Wand drückt mit 200 N auf deine Hand.
    Ergebnis:
    Die Wand drückt mit 200 N auf deine Hand.
  3. ★12
    Ein Bild mit 4 kg hängt ruhig an einem Haken. Hakenkraft und Gewichtskraft sind gleich groß und entgegengesetzt. Sind sie Kraft und Gegenkraft? Begründe.
    BildHakenkraftGewichtskraft, 4 kgKraft und Gegenkraft – oder Gleichgewicht?
    Lösung zeigen
    1. Schreib die Kraft als „wer auf wen“ auf.
    2. Gegenkraft: dieselbe Zeile mit vertauschten Körpern, gleich groß und entgegengesetzt.
    3. Nein, beide wirken auf denselben Körper: ein Gleichgewicht.
    Ergebnis:
    Nein, beide wirken auf denselben Körper: ein Gleichgewicht.

5Ich berechne Reibungskräfte.

MerkenKräfte zeichnen

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

BeispielReibungskraft: F_R = μ · F_N

Ein Schlitten wird über den Schnee gezogen. Er hat 60 kg, die Gleitreibungszahl ist μ = 0,05 (g ≈ 10 N/kg). Wie groß ist die Reibungskraft? Berechne mit Einheit.
Schlitten 60 kgZugF_R = ?μ = 0,05
Schritt für Schritt
  1. F_R = μ · F_N, auf ebenem Boden ist F_N die Gewichtskraft
  2. F_N = m · g = 60 kg · 10 N/kg = 600 N
  3. F_R = 0,05 · 600 N = 30 N
  1. F_R = μ · F_N, auf ebenem Boden ist F_N die Gewichtskraft
  2. F_N = m · g = 60 kg · 10 N/kg = 600 N
  3. F_R = 0,05 · 600 N = 30 N
Ergebnis:
30 N

AchtungMasse statt Normalkraft eingesetzt

So nicht
m = 50 kg, μ = 0,4: F_R = 0,4 · 50 = 20 N
So richtig
F_N = 50 kg · 10 N/kg = 500 N, F_R = 0,4 · 500 N = 200 N

Rechne zuerst die Gewichtskraft in Newton aus: F_N = m · g.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Ein Schrank wird über den Fliesenboden gezogen. Er hat 60 kg, die Gleitreibungszahl ist μ = 0,2 (g ≈ 10 N/kg). Wie groß ist die Reibungskraft? Berechne mit Einheit.
    Schrank 60 kgZugF_R = ?μ = 0,2
    So fängst du an:
    F_R = μ · F_N, auf ebenem Boden ist F_N die Gewichtskraft
    Lösung zeigen
    1. F_R = μ · F_N, auf ebenem Boden ist F_N die Gewichtskraft
    2. F_N = m · g = 60 kg · 10 N/kg = 600 N
    3. F_R = 0,2 · 600 N = 120 N
    Ergebnis:
    120 N
  2. ●14
    Ein Holzklotz wird über den Tisch gezogen. Er hat 2 kg, die Gleitreibungszahl ist μ = 0,5 (g ≈ 10 N/kg). Wie groß ist die Reibungskraft? Berechne mit Einheit.
    Klotz 2 kgZugF_R = ?μ = 0,5
    Lösung zeigen
    1. F_R = μ · F_N, auf ebenem Boden ist F_N die Gewichtskraft
    2. F_N = m · g = 2 kg · 10 N/kg = 20 N
    3. F_R = 0,5 · 20 N = 10 N
    Ergebnis:
    10 N
  3. ★15
    Ein Schrank mit 60 kg wird gleichmäßig über den Boden geschoben. Darin liegen Bücher mit 10 kg (μ = 0,25, g ≈ 10 N/kg). Mit welcher Kraft musst du schieben?
    Schrank 60 kg10 kgF = ?F_Rμ = 0,25, gleichmäßig geschoben
    Lösung zeigen
    1. Gleichmäßig schieben: Schubkraft = Reibungskraft
    2. F_N = (60 kg + 10 kg) · 10 N/kg = 700 N
    3. F = F_R = 0,25 · 700 N = 175 N
    Ergebnis:
    175 N

6Ich zeichne Kräfte maßstäblich als Pfeile.

MerkenReibung

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

BeispielZwei Kräfte zusammensetzen

Zwei Hunde ziehen an einem Spielseil in entgegengesetzte Richtungen, mit 120 N und mit 30 N. Wie groß ist die Gesamtkraft? Berechne mit Einheit.
Seil120 N30 NGesamtkraft F = ?
Schritt für Schritt
  1. Entgegengesetzte Richtung: Die kleinere Kraft wird von der größeren abgezogen.
  2. 120 N in die eine, 30 N in die andere Richtung
  3. F = 120 N − 30 N = 90 N
  1. Entgegengesetzte Richtung: Die kleinere Kraft wird von der größeren abgezogen.
  2. 120 N in die eine, 30 N in die andere Richtung
  3. F = 120 N − 30 N = 90 N
Ergebnis:
90 N

AchtungRichtung der Kräfte nicht beachtet

So nicht
30 N nach rechts, 20 N nach links: F = 50 N
So richtig
30 N nach rechts, 20 N nach links: F = 30 N − 20 N = 10 N nach rechts

Zeichne jede Kraft als Pfeil. Addiere bei gleicher Richtung, zieh bei Gegenrichtung ab, nimm im rechten Winkel den Pythagoras.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Zwei Ziegen ziehen an einem Strick in entgegengesetzte Richtungen, mit 120 N und mit 90 N. Wie groß ist die Gesamtkraft? Berechne mit Einheit.
    Seil120 N90 NGesamtkraft F = ?
    So fängst du an:
    Entgegengesetzte Richtung: Die kleinere Kraft wird von der größeren abgezogen.
    Lösung zeigen
    1. Entgegengesetzte Richtung: Die kleinere Kraft wird von der größeren abgezogen.
    2. 120 N in die eine, 90 N in die andere Richtung
    3. F = 120 N − 90 N = 30 N
    Ergebnis:
    30 N
  2. ●17
    Zwei Kinder schieben einen Schrank in dieselbe Richtung, mit 40 N und mit 50 N. Wie groß ist die Gesamtkraft? Berechne mit Einheit.
    Schrank40 N50 NGesamtkraft F = ?
    Lösung zeigen
    1. Gleiche Richtung: Die Kräfte werden addiert.
    2. Beide schieben nach vorn: 40 N und 50 N
    3. F = 40 N + 50 N = 90 N
    Ergebnis:
    90 N
  3. ★18
    Ein Seil zieht ein Boot mit 60 N nach Osten. Die Strömung drückt es mit 80 N nach Norden. Wie groß ist die Gesamtkraft? Berechne mit Einheit.
    60 N Osten80 N NordenBoot: F = ?
    Lösung zeigen
    1. Kräfte im rechten Winkel: Die Gesamtkraft ist die Diagonale im Rechteck.
    2. F² = (60 N)² + (80 N)² = 3600 N² + 6400 N² = 10.000 N²
    3. F = 100 N
    Ergebnis:
    100 N

7Ich erkläre Sicherheitseinrichtungen im Auto physikalisch.

MerkenSicherheit im Auto

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

Längere Zeit heißt kleinere Beschleunigung und damit kleinere Kraft.

BeispielBremskraft und Bremsverzögerung

Ein Auto mit 800 kg bremst in 2,5 s gleichmäßig von 20 m/s bis zum Stillstand. Wie groß ist die Bremskraft? Berechne mit Einheit.
800 kg20 m/sF = ?bis zum Stillstand in 2,5 s
Schritt für Schritt
  1. Erst die Bremsverzögerung: a = Δv : Δt
  2. a = 20 m/s : 2,5 s = 8 m/s²
  3. F = m · a = 800 kg · 8 m/s² = 6400 N
  1. Erst die Bremsverzögerung: a = Δv : Δt
  2. a = 20 m/s : 2,5 s = 8 m/s²
  3. F = m · a = 800 kg · 8 m/s² = 6400 N
Ergebnis:
6400 N

AchtungGrößen verwechselt

So nicht
Masse = 50 N
So richtig
Masse m = 5 kg, Gewichtskraft F = 50 N

Schreib zuerst auf: gegeben und gesucht, jeweils mit Formelzeichen und Einheit.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Ein Auto mit 1500 kg bremst in 2 s gleichmäßig von 10 m/s bis zum Stillstand. Wie groß ist die Bremskraft? Berechne mit Einheit.
    1500 kg10 m/sF = ?bis zum Stillstand in 2 s
    So fängst du an:
    Erst die Bremsverzögerung: a = Δv : Δt
    Lösung zeigen
    1. Erst die Bremsverzögerung: a = Δv : Δt
    2. a = 10 m/s : 2 s = 5 m/s²
    3. F = m · a = 1500 kg · 5 m/s² = 7500 N
    Ergebnis:
    7500 N
  2. ●20
    Ein Auto mit 1200 kg bremst in 4 s gleichmäßig von 15 m/s bis zum Stillstand. Wie groß ist die Bremskraft? Berechne mit Einheit.
    1200 kg15 m/sF = ?bis zum Stillstand in 4 s
    Lösung zeigen
    1. Erst die Bremsverzögerung: a = Δv : Δt
    2. a = 15 m/s : 4 s = 3,75 m/s²
    3. F = m · a = 1200 kg · 3,75 m/s² = 4500 N
    Ergebnis:
    4500 N
  3. ★21
    Ein Auto mit 1000 kg bremst auf Glatteis mit voller Kraft (Haftreibungszahl 0,1, g ≈ 10 N/kg). Wie groß ist die Bremsverzögerung höchstens? Berechne mit Einheit.
    1000 kgfährta = ?auf Glatteis, Haftreibungszahl 0,1
    Lösung zeigen
    1. Größte Bremskraft = Haftreibung: F = 0,1 · 1000 kg · 10 N/kg = 1000 N
    2. a = F : m = 1000 N : 1000 kg = 1 m/s²
    3. Die Masse kürzt sich: a = μ · g, für ein leichtes und ein schweres Auto gleich.
    Ergebnis:
    1 m/s²

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●22
    Ein Radfahrer fährt mit 10 km/h gegen einen hohen Bordstein, das Rad stoppt sofort. Was passiert mit dem Körper – und warum?
    FahrradKörperWas passiert hier?stoppt10 km/h
    Lösung zeigen
    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 fliegt nach vorn weiter, weil er seine Bewegung beibehält.
    Ergebnis:
    Er fliegt nach vorn weiter, weil er seine Bewegung beibehält.
  2. ●23
    Ein Lastwagen fährt geradeaus immer gleich schnell. Die Rollreibung bremst mit 2000 N, der Luftwiderstand mit 3500 N. Wie groß ist die Antriebskraft? Berechne mit Einheit.
    LastwagenF_Antrieb = ?Rollreibung 2000 NLuft 3500 Nfährt gleich schnell geradeaus
    Lösung zeigen
    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 = 2000 N + 3500 N = 5500 N
    Ergebnis:
    5500 N
  3. ●24
    Ein Radfahrer mit Rad hat 70 kg und wird mit 1,5 m/s² beschleunigt. Wie groß ist die beschleunigende Kraft? Berechne mit Einheit.
    RadF = ?m = 70 kg, a = 1,5 m/s²
    Lösung zeigen
    1. F = m · a
    2. F = 70 kg · 1,5 m/s²
    3. F = 105 N, denn 1 kg · m/s² = 1 N
    Ergebnis:
    105 N
  4. ●25
    Ein Rollstuhl hat 40 kg. Die Gesamtkraft auf ihn ist 150 N. Wie groß ist seine Beschleunigung? Berechne mit Einheit.
    RollstuhlF = 150 Nm = 40 kg, a = ?
    Lösung zeigen
    1. F = m · a, nach a umgestellt: a = F : m
    2. a = 150 N : 40 kg
    3. a = 3,75 m/s², denn 1 N : 1 kg = 1 m/s²
    Ergebnis:
    3,75 m/s²
  5. ●26
    Welche Gewichtskraft hat ein Körper mit der Masse 40 kg auf der Erde (g ≈ 10 N/kg)? Berechne mit Einheit.
    40 kgF = ?Erde: g ≈ 10 N/kg
    Lösung zeigen
    1. F = m · g
    2. F = 40 kg · 10 N/kg
    3. F = 400 N
    Ergebnis:
    400 N
  6. ●27
    Eine Astronautin mit Ausrüstung hat die Masse 40 kg. Welche Gewichtskraft hat sie auf dem Mond (g ≈ 1,6 N/kg)? Berechne mit Einheit.
    40 kgF = ?Mond: g ≈ 1,6 N/kg
    Lösung zeigen
    1. F = m · g
    2. F = 40 kg · 1,6 N/kg
    3. F = 64 N
    Ergebnis:
    64 N

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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.
Drittes Gesetz
Kräfte treten immer paarweise auf, gleich groß und entgegengesetzt.
Masse und Gewichtskraft
Die Masse in kg ist überall gleich.
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.

AchtungMasse in Newton eingesetzt

So nicht
m = 5 kg, a = 2 m/s²: F = 50 N · 2 = 100 N
So richtig
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.

AchtungBewegung braucht dauernd Kraft

So nicht
Der Wagen rollt gleichförmig, also wirkt eine Kraft in Fahrtrichtung.
So richtig
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.

AchtungGegenkraft für schwächer gehalten

So nicht
Die Erde zieht den Apfel mit 1 N, der Apfel zieht die Erde kaum.
So richtig
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.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich erkläre, wann ein Körper seine Bewegung beibehält.

    28
    Eine Tischdecke wird mit einem schnellen Ruck unter den Tassen weggezogen. Was passiert mit den Tassen – und warum?
    TischdeckeTassenWas passiert hier?Ruck
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    Ergebnis:
    Sie bleiben fast an ihrem Platz, weil sie ihre Ruhe beibehalten.

  2. Ich wende F = m · a an.

    29
    Ein Auto hat 1200 kg und wird mit 2 m/s² beschleunigt. Wie groß ist die beschleunigende Kraft? Berechne mit Einheit.
    AutoF = ?m = 1200 kg, a = 2 m/s²
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    Ergebnis:
    2400 N

  3. Ich unterscheide Masse und Gewichtskraft.

    30
    Welche Gewichtskraft hat ein Körper mit der Masse 5 kg auf der Erde (g ≈ 10 N/kg)? Berechne mit Einheit.
    5 kgF = ?Erde: g ≈ 10 N/kg
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    Ergebnis:
    50 N

  4. Ich erkläre Kraft und Gegenkraft an Beispielen.

    31
    Ein Magnet zieht einen Eisennagel mit 1 N an. Welche Kraft ist die Gegenkraft dazu?
    NagelMagnetNagel auf Magnet: ?Magnet auf Nagel: 1 N
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    Ergebnis:
    Der Nagel zieht den Magneten mit 1 N an.

  5. Ich berechne Reibungskräfte.

    32
    Ein Holzklotz wird über den Tisch gezogen. Er hat 1 kg, die Gleitreibungszahl ist μ = 0,5 (g ≈ 10 N/kg). Wie groß ist die Reibungskraft? Berechne mit Einheit.
    Klotz 1 kgZugF_R = ?μ = 0,5
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    Ergebnis:
    5 N

  6. Ich zeichne Kräfte maßstäblich als Pfeile.

    33
    Zwei Kinder ziehen an einem Seil in entgegengesetzte Richtungen, mit 150 N und mit 50 N. Wie groß ist die Gesamtkraft? Berechne mit Einheit.
    Seil150 N50 NGesamtkraft F = ?
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    Ergebnis:
    100 N

  7. Ich erkläre Sicherheitseinrichtungen im Auto physikalisch.

    34
    Ein Auto mit 1000 kg bremst in 5 s gleichmäßig von 10 m/s bis zum Stillstand. Wie groß ist die Bremskraft? Berechne mit Einheit.
    1000 kg10 m/sF = ?bis zum Stillstand in 5 s
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    Ergebnis:
    2000 N

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Wörter

Gleichung
zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind

Lösungen

  1. Er bewegt sich weiter nach vorn, weil er seine Bewegung beibehält.
  2. Sie rutscht weiter nach vorn, weil sie ihre Bewegung beibehält.
  3. nach rechts, weil sie einfach geradeaus weiterfährt
  4. 250 N
  5. 175 N
  6. 200 N
  7. 120 N
  8. 30 N
  9. 2 N
  10. Der Nagel zieht den Magneten mit 3 N an.
  11. Die Wand drückt mit 200 N auf deine Hand.
  12. Nein, beide wirken auf denselben Körper: ein Gleichgewicht.
  13. 120 N
  14. 10 N
  15. 175 N
  16. 30 N
  17. 90 N
  18. 100 N
  19. 7500 N
  20. 4500 N
  21. 1 m/s²
  22. Er fliegt nach vorn weiter, weil er seine Bewegung beibehält.
  23. 5500 N
  24. 105 N
  25. 3,75 m/s²
  26. 400 N
  27. 64 N
  28. Sie bleiben fast an ihrem Platz, weil sie ihre Ruhe beibehalten.
  29. 2400 N
  30. 50 N
  31. Der Nagel zieht den Magneten mit 1 N an.
  32. 5 N
  33. 100 N
  34. 2000 N