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Team Digital
Kräfte und ihre Wirkungen
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Grundlagen zum Thema Kräfte und ihre Wirkungen

Kraft in der Physik – Kraft im Alltag

Der Begriff Kraft begegnet uns im Alltag in vielen verschiedenen Situationen. Politikerinnen und Politiker brauchen zum Beispiel eine große Überzeugungskraft. Oder man braucht eine sehr gute Vorstellungskraft, wenn man ein Bild malen will. Andererseits kann man die Muskelkraft messen, zum Beispiel beim Armdrücken oder beim Gewichtheben. In all diesen Situationen spricht man von Kraft, obwohl es sich um sehr unterschiedliche Dinge handelt und viele dieser Beispiele keine Kräfte im physikalischen Sinn sind. Mit der physikalischen Kraft wollen wir uns im Folgenden näher beschäftigen.
Deswegen stellen wir uns zunächst die Frage: Was ist Kraft eigentlich in der Physik?

Kraft in der Physik – Definition der Kraft

Zunächst wollen wir eine physikalische Definition des Begriffes Kraft formulieren:

In der Physik bezeichnet man als Kraft eine Wirkung auf einen Körper, die die Bewegung oder die Form des Körpers ändert.

Eine Kraft kann also im Wesentlichen durch ihre Wirkung auf einen Körper beschrieben werden. In der Mechanik unterscheiden wir zwei grundlegende Wirkungen: Änderung der Bewegung und Änderung der Form. Eine Bewegungsänderung können wir uns als Beschleunigung, als Bremsen oder als Änderung der Bewegungsrichtung vorstellen. Wenn du zum Beispiel auf dem Fahrrad in die Pedale trittst, übst du eine Kraft aus, die die Pedale in Bewegung versetzt. Wenn du dann die Bremsen betätigst, üben diese eine Kraft auf die Räder aus, die sie bremsen und dich zum Anhalten bringen. Genauso übst du eine Kraft aus, wenn du eine Hantel nach oben bewegst. Eine Formänderung kannst du zum Beispiel beobachten, wenn du dich auf einen Gymnastikball setzt: Er ist dann nicht mehr rund, sondern eingedellt, weil du eine Kraft auf ihn ausübst.

Physikalische Kraft – Beispiele

Kraft in der Physik – Arten der Kraft

Man nennt die Kräfte aus unseren Beispielen mechanische Kräfte. Es gibt auch andere Kraftarten, beispielsweise magnetische Kräfte oder elektrische Kräfte. Diese kannst du erfahren, wenn du mit einem Magneten eine Metallkugel anziehst oder wenn du ein elektrisches Gerät an die Steckdose anschließt und einschaltest. Wir können also schon ein paar Punkte zusammenfassen:

  • Kräfte erkennt man an ihren Wirkungen auf Körper.
  • Eine Kraft kann die Form oder die Bewegung eines Körpers ändern.
  • Eine Kraft gibt an, wie stark ein Körper auf einen anderen wirkt.
  • Es gibt verschiedene Kraftarten, zum Beispiel: mechanisch, magnetisch, elektrisch.

Kraft in der Physik – Kraft als gerichtete Größe

Wir betrachten jetzt das Beispiel des Gewichthebens etwas genauer. In der Abbildung haben wir gesehen, dass der Gewichtheber die Hantel nach oben bewegt. Die Wirkung der Kraft zeigt also in dieselbe Richtung wie die Kraft selbst – und zwar nach oben. Würde der Gewichtheber beispielsweise eine Kraft nach vorne ausüben, würde sich die Hantel auch in diese Richtung bewegen. Deswegen stellt man Kräfte in Zeichnungen auch mit Kraftpfeilen dar, die die Richtung der Kraft anzeigen. Für die Kraft des Gewichthebers zeichnen wir also einen nach oben gerichteten Pfeil. Der Anfangspunkt des Pfeils liegt am Angriffspunkt der Kraft und ist dort, wo der Gewichtheber die Hantel festhält. Neben den Pfeil für die Kraft zeichnen wir das Formelzeichen der Kraft, ein $\vec{F}$. Der Pfeil über dem Buchstaben symbolisiert, dass es sich um eine gerichtete Größe handelt.

Wir können noch einen weiteren Kraftpfeil einzeichnen, und zwar für die Gewichtskraft $\vec{F_\text{G}}$ der Hantel: Dieser Pfeil zeigt nach unten. Wenn der Gewichtheber die Hantel loslassen würde, würde sie ja gerade nach unten fallen. Sie fällt nur dann nicht nach unten, wenn der Gewichtheber stark genug ist, also genug Kraft aufbringen kann, um sie nach oben zu bewegen. Das können wir auch mithilfe der Pfeile darstellen. Die Größe der Kraft wird durch die Länge der Pfeile angegeben – je länger der Pfeil, desto größer die Kraft. Will man in einer Formel nur die Größe der Kraft nutzen, kann man statt $\vec{F}$ auch die Schreibweise $|\vec{F}|$ verwenden oder den Pfeil einfach weglassen: $F$.

Gewichtheber Pfeile Alt-Tag: Kraft Erklärung

Du siehst, dass der Betrag der Kraft $F$, die der Gewichtheber auf die Hantel ausübt, genauso groß sein muss, wie die Gewichtskraft $F_\text{G}$ der Hantel, um diese stabil in der Luft zu halten. Das wird durch die beiden gleich langen (aber entgegengesetzt gerichteten) Pfeile deutlich.

Kraft in der Physik – Einheit der Kraft

Die Einheit der Kraft ist das Newton, das mit einem $\text{N}$ abgekürzt wird. Eine Kraft von $1~\text{N}$ entspricht ungefähr der Gewichtskraft einer Tafel Schokolade. Um Kräfte zu messen, braucht man ein Kraftmessgerät. Ein einfaches Beispiel sind Federkraftmesser, die auf dem Prinzip der Federkraft basieren.

Wie man Kräfte berechnen kann und wie Kraft und die Änderung der Bewegung genau zusammenhängen, erfährst du, wenn du dich mit den newtonschen Gesetzen beschäftigst.

Zusammenfassung der Kraft in der Physik

  • Die Kraft bezeichnet in der Physik eine Einwirkung eines Körpers auf einen anderen, die eine Bewegungsänderung oder eine Formänderung bewirkt.
  • Das Formelzeichen der Kraft ist ein großes $F$.
  • Da die Kraft eine gerichtete Größe ist, zeichnet man über das Formelzeichen einen Pfeil: $\vec{F}$.
  • Die Länge des Kraftpfeils gibt den Betrag, also die Stärke der Kraft an. In einer Formel kann man den Betrag folgendermaßen angeben: $|\vec{F}|$.
  • Die Einheit der Kraft ist das Newton, kurz: $\text{N}$.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Kraft in der Physik

Was ist Kraft in Physik?
Wie berechnet man Kraft?
Was ist die Einheit der Kraft?
Wie misst man Kraft?
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Kräfte und ihre Wirkungen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Kräfte und ihre Wirkungen kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib eine physikalische Definition des Begriffes „Kraft“ an.

    Tipps

    Kraft ist eine Wechselwirkung, die auf einen Körper ausgeübt wird.

    Kraft wirkt in zwei Formen auf einen Körper.

    Lösung

    Die physikalische Definition von Kraft bezieht sich auf die Wechselwirkung zwischen Objekten oder Körpern, die eine Änderung ihrer Bewegung oder Form verursachen kann. Die anderen Optionen sind nicht korrekt, da sie verschiedene physikalische Konzepte beschreiben.


    • Die Kraft ist eine Wirkung auf einen Körper, die die Bewegung oder die Form des Körpers ändert.
    $\quad \Rightarrow$ Diese Antwort ist richtig.
    Eine Kraft gibt an, wie stark ein Körper auf einen anderen wirkt.


    • Kraft ist die Geschwindigkeit eines Körpers.
    $\quad \Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.
    Die Kraft ist eine Ursache. Daher ist die Geschwindigkeit die Wirkung, welche als Ursache die Kraft hat.


    • Kraft ist die Energie, die in einem Körper gespeichert ist.
    $\quad \Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.
    Die Energie, die in einem Körper gespeichert ist, ist nicht dasselbe wie die Kraft, die auf den Körper einwirkt.


    • Kraft ist die Temperatur eines Körpers.
    $\quad \Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.
    Die Temperatur eines Körpers hat keine direkte Verbindung zur Definition von Kraft in der Physik.

  • Beschreibe die folgenden Situationen, in denen Kräfte auf Körper wirken.

    Tipps

    In der Mechanik gibt es zwei grundlegende Wirkungen der Kraft: die Änderung der Bewegung und die Änderung der Form.

    Durch Beschleunigung tritt eine Veränderung der Bewegung in Form von Abbremsen oder einer Richtungsänderung auf.

    Eine Veränderung der Form kann durch Verformung oder Zerstörung erfolgen.

    Lösung

    Im Wesentlichen kann eine Kraft durch ihre Auswirkung auf einen Körper beschrieben werden, wobei in der Mechanik zwei grundlegende Effekte unterschieden werden: die Veränderung der Bewegung und die Veränderung der Form:

    • Eine Bewegungsänderung können wir uns als Beschleunigung, als Bremsen oder als Änderung der Bewegungsrichtung vorstellen.
    • Eine Formänderung ist die elastische oder plastische Verformung eines Objektes bis hin zur Zerstörung.

    Folgende Situationen und Begriffe gehören zusammen:

    • Ein Auto bremst plötzlich ab. $\Rightarrow$ Beschleunigung in die entgegengesetzte Richtung
    • Ein Radfahrer biegt vor einem Abhang ab. $\Rightarrow$ Richtungsänderung
    • Jemand drückt Knetmasse zusammen. $\Rightarrow$ Verformung
    • Eine Glasflasche fällt auf den Boden und zersplittert. $\Rightarrow$ Zerstörung

  • Bestimme die grundlegende Aussage des Wechselwirkungsprinzips.

    Tipps

    Für jede Aktion gibt es eine gleich große, aber entgegengesetzte Reaktion.

    Kräfte treten paarweise auf.

    Lösung

    Das Wechselwirkungsprinzip der Kraft, auch bekannt als das dritte Newton’sche Gesetz, besagt: Für jede Aktion gibt es eine gleichwertige und entgegengesetzte Reaktion. Dies bedeutet, dass bei einer Wechselwirkung zwischen Körpern oder Kräften die Reaktion auf eine Kraft oder Aktion immer die gleiche Größe wie die ursprüngliche Aktion hat, jedoch in entgegengesetzte Richtung wirkt.


    • Wenn Körper $K_1$ auf Körper $K_2$ eine Kraft ausübt, dann übt Körper $K_2$ eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft von Körper $K_1$ aus.
    $\quad \Rightarrow$ Diese Antwort ist richtig.


    • Wenn Körper $K_1$ auf Körper $K_2$ eine Kraft ausübt, dann erfährt Körper $K_1$ eine gleich große, aber gleich gerichtete Kraft von Körper $K_2$.
    $\quad \Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.


    • Wenn Körper $K_1$ auf Körper $K_2$ eine Kraft ausübt, dann bleibt Körper $K_2$ in Ruhe.
    $\quad \Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.


    • Körper $K_2$ übt keine Reaktionskraft auf Körper $K_1$ aus.
    $\quad \Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.
  • Erkläre die Kraft als physikalische Größe.

    Tipps

    Die Wirkung der Kraft zeigt in dieselbe Richtung wie die Kraft selbst.

    Kräfte werden durch Kraftpfeile dargestellt.

    Der Anfangspunkt des Pfeils liegt am Angriffspunkt der Kraft.

    Die Größe der Kraft wird durch die Länge der Pfeile angegeben: je länger der Pfeil, desto größer die Kraft.

    Lösung

    1. Die Kraft ist eine gerichtete Größe, die sowohl einen Betrag als auch eine Richtung hat.


    2. Zur Darstellung einer Kraft verwenden wir einen sogenannten Kraftpfeil, der an einem Angriffspunkt ansetzt.


    3. Die Länge des Pfeils repräsentiert den Betrag der Kraft, während die Orientierung des Pfeils die Richtung der Kraft verdeutlicht.


    4. Die Einheit der Kraft $F$ ist Newton, welche mit einem $\textbf{N}$ abgekürzt wird.


    5. Das Formelzeichen der Kraft ist $\vec{\boldsymbol{F}}$ und wird als gerichtete Größe mit einem Pfeil obendrüber versehen.

  • Bestimme die wirkende Kraft nach ihrer Größe.

    Tipps

    Die Länge des Pfeils entspricht dem Betrag der Kraft.

    Lösung

    Die Länge des Pfeils ist der Betrag des Pfeils. Die Verwendung von Kraftpfeilen dient dazu, die Größe der Kräfte zu kennzeichnen. Der Vorteil besteht darin, dass dies eine intuitive und visuelle Darstellung bietet. Auf diese Weise kann leichter erkannt werden, welche der Kräfte stärker oder schwächer ist.

    Die Lösung ist somit: eine absteigende Reihenfolge der Pfeile der Länge nach vom längsten bis zum kürzesten Pfeil.

  • Entscheide, welche Kräfte in den verschiedenen Situationen wirken.

    Tipps

    Schaue zuerst nach Kräften, die dir im Alltag begegnen.

    Manchmal lässt sich die Wirkung schon aus dem Namen der Kraft ableiten.

    Lösung

    Kräfte sind fundamentale Konzepte, die die Bewegungen und Interaktionen von Objekten beeinflussen. Es gibt verschiedene Arten von Kräften, von denen jede eine spezifische Wirkung auf verschiedene Körper oder Objekte hat.


    Folgende Kräfte und Aussagen gehören zusammen:


    • Gravitationskraft: Das ist eine Kraft, die für das Anziehen von Körpern in Richtung des Zentrums der Erde verantwortlich ist.
    Die Gravitationskraft ist eine allgegenwärtige Kraft, die zwischen schweren Massen wirkt. Sie ist verantwortlich für die Anziehung auf der Erde.


    • Elektrische Kraft: Das ist eine Kraft, die zwischen geladenen Teilchen wirkt und Anziehung oder Abstoßung verursacht.
    Die elektrische Kraft ist die Wechselwirkung zwischen geladenen Teilchen und kann ihre Anziehung oder Abstoßung verursachen. Dabei entscheidet die Ladung der beiden geladenen Teilchen über Anziehung und Abstoßung. Gleich geladene Teilchen stoßen sich ab, während unterschiedlich geladene Teilchen voneinander angezogen werden. Elektrische Kräfte sind von entscheidender Bedeutung in der Elektrostatik.


    • Reibungskraft: Das ist eine Kraft, die einen Körper auf rauen Oberflächen stark verlangsamt.
    Die Reibungskraft ist eine Kraft, die in Wechselwirkung mit Oberflächen auftritt und den Widerstand gegen die Bewegung von Körpern erzeugt. Sie verlangsamt die Bewegung von Objekten und wirkt entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung.


    • Auftriebskraft: Das ist eine Kraft, die auf Körper wirkt, die in Flüssigkeiten oder Gasen eingetaucht sind, und Auftrieb verleiht.
    Die Auftriebskraft ist eine Kraft, die in Flüssigkeiten oder Gasen auftritt und nach oben gerichtet ist. Sie verleiht Körpern in einem Medium Auftrieb und wirkt der Gravitationskraft entgegen. Die Auftriebskraft ist der Grund, warum manche Objekte und Körper in Flüssigkeiten schwimmen können.


    • Magnetische Kraft: Das ist eine Kraft, bei der metallische Objekte angezogen werden.
    Die magnetische Kraft ist eine Kraft, die auf magnetische Materialien wirkt: Wenn magnetische Objekte in der Nähe eines Magneten sind, dann können sie aufgrund dieser Wechselwirkung der magnetischen Kraft vom Magneten angezogen werden.