Kräfte – Lernwege
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Was sind die newtonschen Gesetze?
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Kräfte – Lexikoneinträge
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Als einfache Maschine bezeichnet man in der Mechanik die Grundformen, auf die sich alle mechanischen Apparate zurückführen lassen. Hierzu zählen Rolle und Flaschenzug , Hebel , Keil , Schraube , schiefe Ebene und hydraulische Presse .
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Verformung oder Deformation nennt man die Änderung der Gestalt eines Körpers durch Kräfte oder Druck , im weiteren Sinne jede Volumenänderung eines Körpers. Gase und Flüssigkeiten mit geringer Viskosität können praktisch beliebig verformt werden und setzen lediglich einer Kompression ( Verdichtung ) einen Widerstand entgegen. An Festkörpern und zähen Flüssigkeiten wird dagegen bei einer Gestaltänderung Arbeit geleistet ( Formänderungsarbeit ). Eine Verformung kann als Dehnung (bzw. Stauchung ), Biegung , Scherung oder Torsion ( Verdrillung ) auftreten; es sind auch Mischformen möglich. Kehrt...
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Ein Feld ist eine physikalische Größe , die an jedem Punkt \(\vec x\) des Raumes (oder eines Gebietes im Raum) und zu jedem Zeitpunkt t einen bestimmten Wert hat. Im Allgemeinen hängt ein Feld A also von vier Variablen ab, den drei Ortskoordinaten und der Zeit: \(A = A(\vec x, t) = A(x, y, z, t)\) Oft kann man aber ein Feld mithilfe von Symmetrieüberlegungen auf nur eine Ortsvariable zurückführen, etwa beim (annähernd) radialsymmetrischen Schwerefeld der Erde oder beim elektrischen Feld in einem Plattenkondensator . Wenn das Feld dazu noch zeitlich konstant ist (dies ist sowohl bei der...
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Ein Gleichgewicht im engeren Sinne ist der Zustand, in dem die Summe aller auf einen Körper wirkenden Kräfte gleich null ist ( Kräftegleichwicht ). Heben sich alle angreifenden Drehmomente auf, ist der Körper im Rotationsgleichgewicht ( Drehgleichgewicht ). Anmerkung: Ein gleichmäßig rotierender Körper befindet sich nicht im Kräftegleichgewicht, weil sich die Richtung seiner Geschwindigkeit ständig ändert und daher sein Impuls nicht konstant sein kann – aber er ist im Drehgleichgewicht, weil kein Drehmoment angreift und sein Drehimpuls daher konstant ist. Man unterscheidet drei Arten von...
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Konservative Kräfte ( lat. conservare „bewahren“ ) sind Kräfte , bei denen keine Energie „verloren“ geht, wenn man einmal im Kreis läuft, ein Pendel einmal hin- und herschwingen lässt oder einen sonstigen Prozess ablaufen lässt und dann wieder rückgängig macht. Typische Beispiele sind die Schwerkraft und die elektrische Coulomb-Kraft . Alle Kräfte, die sich wie diese beiden Kräfte als räumliche Ableitung ( Gradient ) eines Potenzials schreiben lassen, sind konservative Kräfte. Standardbeispiel einer nichtkonservativen Kraft sind Reibungskräfte . Tatsächlich liegt es sehr oft an...
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Die Lorentz-Kraft (nach Hendrik. A. Lorentz) ist die Kraft , die eine elektrische Ladung Q seitlich ablenkt, wenn sie sich mit der Geschwindigkeit \(\vec v\) durch ein magnetisches Feld bewegt: \(\vec F_\text L = Q \cdot \left[ \vec v \times \vec B \right] \equiv Q \cdot \vec v \times \vec B \) ( \(\vec B\) : magnetische Flussdichte, „ \(\times\) “ steht für das Vektor- bzw. Kreuzprodukt ). Oft wird auch die elektrische Coulomb-Kraft auf die Ladung in die Gleichung miteinbezogen, dann gilt: \(\vec F_\text L = Q \cdot \left( \vec E + \vec v \times \vec B \right)\) mit \(\vec E\) als der...
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Die Masse ist eine wesentlichen Grundgrößen der Physik, ihre Einheit, das Kilogramm , ist eine der sieben Basiseinheiten des Internationalen Einheitensystems . Anders als im Alltag kennt die Physik zwei grundsätzlich verschiedene Aspekte der Masse, deren Äquivalenz in keinster Weise selbstverständlich ist, nämlich die schwere und die träge Masse. Die schwere Masse m s ist die Ursache der Gravitation bzw. Massenanziehung (daher der Name!) zwischen zwei beliebigen Körpern. Sie spielt dabei ganz genau dieselbe Rolle wie die elektrische Ladung bezüglich der elektromagnetischen Wechselwirkungen...
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Die Mechanik (von griech. mechanikos „erfinderisch „) ist das älteste Teilgebiet der Physik. Man teilt sie in die drei Bereiche Kinematik (Beschreibung und Untersuchung von Bewegungen ), Dynamik (Lehre von den Wirkungen der Kräfte ) und Statik (mechanisches Gleichgewicht ). Grundlage aller Gesetze der klassischen Mechanik sind die drei Newton’schen Axiome . Wenn statt Punktmassen bzw. Schwerpunktbewegungen ausgedehnte Körper untersucht werden, treten weitere Effekte auf. Neben den starren Körpern werden elastische und plastische Verformungen sowie Statik und Dynamik von Flüssigkeiten behandelt...
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Als mechanische Spannung oder elastische Spannung , Formelzeichen \(\sigma\) oder \(\tau\) (s. u.), bezeichnet man das Verhältnis aus dem Betrag F der an eine Fläche angreifenden Kraft und deren Flächeninhalt A . Man kann diese Spannung in eine Normalspannung \(\sigma\) und eine Tangential - oder Schubspannung \(\tau\) zerlegen. Dabei ist \(\sigma\) die senkrecht auf die Fläche einwirkende Komponente, \(\tau\) beschreibt parallel zur Fläche angreifende Kräfte. Falls die Kraft in mehrere bzw. alle Richtungen gleichzeitig wirkt, z. B. auf die Wände eines Behälters, verwendet man statt der...
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Das Newton (nach Isaac Newton ), Einheitenzeichen N, ist die SI-Einheit der Kraft . Es ist definiert über die Einheitengleichung: \(1\,\text N = 1\,\dfrac{\text{kg} \cdot \text m}{\text s^2}\) Multipliziert man das Newton mit der Einheit Meter, erhält man gemäß dem Merkspruch „Arbeit ist Kraft mal Weg“ eine Energieeinheit, es ist demnach \(1\,\text J = 1\,\text N \cdot \text m\) (Das Joule , Einheitenzeichen J, ist die SI-Einheit der Energie ). Gleichzeitig ist ein 1 Nm (Newtonmeter) aber auch die Einheit des Drehimpulses . Achtung: In der Alltagssprache sagt man oft Sätze wie: „Ich wiege 65...
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Als Newton’sche Axiome oder Gesetze bezeichnet man die drei von Isaac Newton formulierten Grundgesetze der klassischen Mechanik : Trägheitsgesetz: Jeder Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder gleichförmigen geradlinigen Bewegung, sofern er nicht durch eine Kraft gezwungen wird, seinen Bewegungszustand zu ändern. Dynamisches Grundgesetz: Die Beschleunigung \(\vec a\) eines Körpers ist proportional zu seine (trägen) Masse m und zur einwirkenden Kraft \(\vec F\) und sie erfolgt in Richtung der Kraft: \(\vec F = m \cdot \vec a\) Kurzform: „Kraft ist Masse mal Beschleunigung“. Ist die Masse...
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Eine Rolle ist mechanisch gesehen eine einfache Maschine , die aus einer kreisrunden, um ihre Achse drehbar gelagerten Scheibe oder Walze besteht. Die feste Rolle dient in Kombination mit einem Seil zur Änderung einer Kraftrichtung . An ihr herrscht Gleichgewicht , wenn die Beträge und Richtungen der auf beiden Seiten angreifenden Kräfte \(\vec F\) und \(\vec G\) gleich sind (Abb. links). Die lose Rolle hängt in der Schlaufe eines Seils, das mit einem Ende an einem festen Punkt befestigt ist (Abb. rechts). Die an ihr hängende Last mit der Gewichtskraft \(\vec G\) wird von zwei...