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Kraft und ihre Wirkung

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Physik-Team
Kraft und ihre Wirkung
lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

Beschreibung Kraft und ihre Wirkung

Inhalt

Kraft und ihre Wirkung

Der Begriff Kraft begegnet dir 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 seine 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 – physikalische Definition

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

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

Man nennt die Kräfte aus unseren Beispielen mechanische Kräfte. Es gibt auch andere Kraftarten, wie beispielsweise magnetische Kräfte. Diese kannst du beobachten, wenn du mit einem Magneten eine Metallkugel anziehst. 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.

Wir betrachten jetzt das Beispiel des Gewichthebens etwas genauer. In der Grafik 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 als Kraftpfeile dar, die die Richtung der Kraft anzeigen. Für die Kraft des Gewichthebers zeichnen wir deswegen 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 $\vec{F_G}$ 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 des $\vec{F}$ auch die Schreibweise $|\vec{F}|$ verwenden oder den Pfeil weglassen: $F$.

Gewichtheber Pfeile Alt-Tag: Kraft Erklärung

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. Wir fassen auch diese Punkte übersichtlich zusammen:

  • 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 die Stärke der Kraft an. In einer Formel kann man den Betrag folgendermaßen angeben: $|\vec{F}|$.
  • Die Einheit der Kraft ist das Newton, kurz: $\text{N}$.

Wie man Kräfte berechnen kann und wie Kraft und die Änderung der Bewegung genau zusammenhängen, erfährst du zum Beispiel in unserem Video zu den newtonschen Gesetzen.

Kraft und ihre Wirkung – kurz zusammengefasst

In diesem Video erfährst du, was Kräfte in der Physik sind, wie man sie darstellt und welche Wirkungen sie haben können. Neben Text und Video findest du außerdem interaktive Übungen. Halte außerdem die Augen offen: Welche physikalischen Kräfte in der Natur kannst du in deinem Alltag entdecken?

Transkript Kraft und ihre Wirkung

Die physikalische Größe Kraft

Hallo. In diesem Video wollen wir uns der physikalischen Größe Kraft widmen. Wie der Titel schon verrät, scheint es ja einen Unterschied zwischen dem physikalischem Begriff und dem Alltagsbegriff der Kraft zu geben.

Welche Kraftbegriffe hast du schon einmal gehört? Waschkraft, Muskelkraft, Vorstellungskraft, Bremskraft, Überzeugungskraft, Gewichtskraft.

Worin unterscheiden sich diese Kraftbegriffe? Dieses Video soll dir helfen, den Kraftbegriff der Physik zu verstehen und damit gut arbeiten zu können. Dazu möchte ich mit dir folgende Fragen klären: Erstens: Was ist eine physikalische Kraft? Zweitens: Wie stellt man Kräfte dar? Hierbei kommen wir auf das Modell des Kraftpfeils zu sprechen. Und zum Schluss zeige ich dir das Wechselwirkungsprinzip von Kräften.

Kommen wir zur ersten Frage: Was ist eine physikalische Kraft? Schauen wir uns dazu einige Beispiele genauer an: Die Muskelkraft bewirkt, dass wir unseren Körper und andere Dinge bewegen können. Eine hohe Waschkraft bewirkt, dass die Wäsche schön sauber wird. Die Gewichtskraft bewirkt, dass der Gymnastikball zusammengedrückt wird. Mit Überzeugungskraft können wir andere Menschen dazu bringen, etwas zu tun. Die Bremskraft lässt ein Auto zum Stillstand kommen. Und mit Vorstellungskraft können wir komplexe Gedankengänge vollführen.

Die roten Beispiele sind Kraftbegriffe aus dem Alltag, die aber physikalisch keinen Sinn machen. Physikalische Kräfte, also die grünen Beispiele, zeichnen sich immer dadurch aus, dass ein Körper auf einen anderen einwirkt. Also zum Beispiel die Arme des Gewichthebers auf die Hantel. Oder der Mensch auf den Gymnastikball. Oder die Bremse auf die Autoräder.

Die Gewichtskraft des Menschen bewirkt hier ein Formänderung des Balles. Die Muskelkraft des Gewichthebers bewegt die Hantel nach oben. Und die Bremskraft des Autos verringert dessen Geschwindigkeit. Beides sind Änderungen der Bewegung. Dabei kann mit Bewegungsänderung sowohl eine Beschleunigung, eine Verlangsamung oder auch eine Ablenkung der bisherigen Richtung der Bewegung gemeint sein.

Wir halten also fest: Physikalische Kräfte erkennt man an ihren Wirkungen. Die Kraft gibt an, wie stark ein Körper auf einen anderen einwirkt. Dabei können Kräfte die Form oder die Bewegung eines Körpers ändern. Die Ursachen dieser Kräfte können ganz verschieden sein. Neben den mechanischen Kräften wie der Bremskraft gibt es zum Beispiel auch noch magnetische und elektrische Kräfte.

Gut, dann kommen wir mal zu der Frage: Wie stellt man Kräfte dar? Dazu nutzen wir das Modell des Kraftpfeiles. Der Kraftpfeil in diesem Bild zeigt die Schubkraft des Menschen, der eine Kiste zu Seite schieben will. Als Beschriftung erhält der Pfeil ein großes F. Das englische Wort für Kraft heißt force und daher ist das Formelzeichen der Kraft das F.

Die Schubkraft wirkt hier zur Seite, um die Kiste wegzuschieben. Der Pfeil macht also eine Aussage über die Richtung der Kraft. Die Kraft zählt nämlich zu den sogenannten gerichteten Größen. Das bedeutet, dass die Kraft nur entlang einer Wirkungslinie in eine bestimmte Richtung wirkt.

Würde der Mensch schräg nach oben drücken, würde auch die Wirkungslinie in dieser Richtung verlaufen und er würde die Kiste eher ankippen, als sie wegzuschieben. Eine gerichtete Größe bekommt in der Schreibweise noch einen kleinen Pfeil über den Kopf.

Als zweites macht ein Kraftpfeil eine Aussage über den Angriffspunkt. Das ist der Punkt, wo die Kraftwirkung ansetzt beziehungsweise wo der eine Körper auf den anderen einwirkt. Hier im Bild ist es der Punkt, wo die Hände auf der Kiste aufliegen. Und zuletzt kann ein Kraftpfeil eine Aussage über den Betrag der Kraft machen. Ein stärkerer Mensch kann mehr Kraft aufbringen, um die Kiste zu verschieben. Somit ist der zugehörige Kraftpfeil auch länger, als der erste.

Der Betrag ist eine absolute Größe und berücksichtigt die Richtung nicht mehr. Die Einheit der Kraft wird in Newton angegeben. Ein Newton entspricht dabei in etwa der Gewichtskraft einer Tafel Schokolade. Und hier siehst du auch gleich das Messgerät für Kräfte: Einen Federkraftmesser.

Ist soweit alles klar? Dann lasst uns jetzt zum Wechselwirkungsprinzip kommen.

Das Wechselwirkungsprinzip ist auch als das dritte Newtonsche Gesetz bekannt und besagt, dass es zu jeder Kraft eine Gegenkraft gibt. Übt also ein Körper eine Kraft auf einen zweiten aus, so wirkt immer auch eine Kraft vom zweiten auf den ersten Körper.

Zum Beispiel beim Laufen: Auf festem Boden wirkt die Kraft der Beine in den Boden und umgekehrt vom Boden in die Beine. Wir drücken uns ab. Nur so ist es überhaupt möglich, dass wir laufen können. Dass das so ist, merkt man meist erst, wenn es plötzlich nicht mehr funktioniert. Zum Beispiel auf Sand: Der weiche Sand gibt unter der Kraft der Füße nach und man rutscht weg. Er kann die Gegenkraft nicht aufbringen.

Kraft und Gegenkraft haben also denselben Betrag, wirken aber in entgegengesetzter Richtung. Was uns zu einer spannenden Feststellung bringt: Wenn du in die Luft springst, dann drückst du dich mit beiden Füßen von der Erde ab. Umgekehrt drückt sich die Erde aber auch von deinen Füßen ab. Klingt verrückt, ist aber so.

Nagut, dann fassen wir mal das wichtigste zur Kraft zusammen: Die physikalische Größe Kraft gibt an, wie stark ein Körper auf einen anderen einwirkt. Kräfte erkennt man an ihren Wirkungen,die sich als Verformung oder Bewegungsänderung der Körper äußern.

Die Kraft ist eine gerichtete Größe, die man mit dem Modell eines Kraftpfeiles darstellen kann. Und das Wechselwirkungsprinzip besagt, dass zu jeder Kraft auch eine Gegenkraft existiert. Beide Kräfte haben den gleichen Betrag, wirken jedoch in entgegengesetzter Richtung.

Zum Abschluss noch eine kleine Rätselfrage: Max und Moritz wollen Tauziehen auf Skateboards ausprobieren. Moritz ist zwar stärker als Max, doch Max lächelt verschmitzt und hält das Seil einfach nur fest. Was hat Max vor? Wer wird wohl gewinnen? Viel Spaß beim Rätseln!

70 Kommentare

70 Kommentare
  1. Gut

    Von NAYEON, vor 3 Monaten
  2. ok ich hör auf xD

    Von leon, vor 4 Monaten
  3. obwohl eigentlich nicht xDDDDDDDDDD

    Von leon, vor 4 Monaten
  4. lol das video davor fande ich zu kurz das ist zu lang xDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

    Von leon, vor 4 Monaten
  5. Hallo Louis Thaler03,

    Wir gehen zunächst davon aus, dass die Massen von Max und Moritz gleich sind. Moritz zieht am Seil, während Max dieses nur festhält. Max erfährt auf seinem Skateboard eine Kraft, die ihn Richtung Moritz beschleunigt. Laut dem 3. Newtonschen Gesetz (Actio = Reactio) wirkt auf Moritz eine gleich große Gegenkraft. Da die Massen an beiden Seilenden gleich groß sind, ist auch die Beschleunigung gleich groß. Max und Moritz treffen sich also in der Mitte.

    Bei unterschiedlichen Massen legt die Person mit der größeren Masse einen kürzeren Weg zurück als die Person mit der geringeren Masse.

    Liebe Grüße aus der Redaktion

    Von Cansu Ayguezel, vor 8 Monaten
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Kraft und ihre Wirkung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Kraft und ihre Wirkung kannst du es wiederholen und üben.
  • Nenne die Informationen einer Kraft, die du ihrem Kraftpfeil entnehmen kannst.

    Tipps

    Male einen Pfeil auf. Welche Informationen benötigst du, um diesen Pfeil zu zeichnen?

    Spielt es eine Rolle, an welche Stelle du den Pfeil malst?

    Die Kraft ist eine gerichtete Größe.

    Lösung

    Es gibt skalare Größen (Temperatur, Körpergröße, Alter, etc.), die mit nur einem Wert ausreichend beschrieben sind. Es reicht zum Beispiel komplett aus, wenn du sagst, „Die Temperatur beträgt gerade 21°C." oder „Ich bin 150 cm groß." Diese Größen nennt man auch ungerichtete Größen, weil sie (unter anderem) keine Richtung besitzen.

    Die Kraft $\vec{F}$ jedoch ist eine gerichtete Größe. Um die Kraft unmissverständlich zu beschreiben, gibst du nicht nur den Betrag, sondern auch Richtung und Angriffspunkt an. Dort wo der Pfeil beginnt, befindet sich der Angriffspunkt und die Richtung der Pfeilspitze beschreibt auch die Richtung, in die die Kraft wirkt. Je länger der Pfeil, desto größer die Kraft. Die Pfeillänge gibt also den Betrag oder die Stärke der Kraft an.

    Wenn in einer Skizze Richtung und Angriffspunkt einer Kraft beschrieben sind, dann geben wir oft in einer Rechnung nur den Betrag $|\vec{F}|=F$ der Kraft an.

  • Nenne das dritte Newtonsche Gesetz.

    Tipps

    Was bedeutet Wechselwirkung?

    Was passiert, wenn du mit deinem Finger gegen den Tisch drückst?

    Überlege dir, wer oder was eine Kraft ausüben kann.

    Lösung

    Drückst du mit deinem Finger gegen den Tisch bist du physikalisch der erste Körper und der Tisch der zweite Körper.

    Das heißt die Kraft, die du auf den Tisch ausübst, ist genauso groß wie die Kraft, die der Tisch auf dich ausübt. Du merkst, dass auf deinen Finger eine Kraft wirkt. Du kannst das auch daran erkennen, dass sich der Finger an der Spitze leicht verformt und für kurze Zeit seine Farbe etwas rötlicher wird.

    Dass diese Wechselwirkung immer auftritt, besagt das dritte Newtonsche Gesetz, das auch drittes Newtonsches Axiom genannt wird.

  • Ordne jedem Bild die am besten passende Kraftart zu.

    Tipps

    Hast du diese Phänomene im Alltag schon einmal beobachtet?

    Findet eine Bewegungsänderung oder Verformung statt?

    Überlege dir, wo hier Kräfte wirken.

    Lösung

    Um verschiedene Kräfte zu unterscheiden, wurden ihnen entsprechende Namen gegeben. Diese Namen können erklären, um welche Art von Kraft es sich handelt. Es werden zum Beispiel folgende Kraftarten unterschieden: mechanische, magnetische und elektrische Kräfte.

    Um die diversen mechanischen Kräfte zu unterscheiden, tragen sie auch unterschiedliche Namen. Oft werden diese Namen von der Ursache oder der Wirkung der Kraft abgeleitet.

    Die Auftriebskraft beschreibt beispielsweise eine nach oben gerichtete Kraft. Die Zugkraft wird durch das Ziehen eines Körpers an einem anderen verursacht.

  • Beschreibe, welche Kräfte beim Abschießen eines Pfeils wirken.

    Tipps

    An welchen beiden Wirkungen können wir eine Kraft erkennen?

    Überlege dir, welche Kräfte du im Alltag schon mal erfahren hast.

    Es gibt eine Kraft, die hier auf der Erdoberfläche überall wirkt und immer ungefähr gleich ist.

    Lösung

    Falls du einen Körper siehst, der sich bewegt, muss eine Kraft auf ihn wirken. Das gilt im Normalfall bei uns auf der Erde, wo immer Reibungskräfte wirken.

    Vorsicht! In der Physik wird als Vereinfachung oft angenommen, dass keine Reibung wirkt. In diesem Fall würde ein Körper seine Bewegung immer beibehalten, wenn keine Kraft wirkt. Egal ob er ruht oder sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegt.

    Allgemein kann man aber sagen, dass man an der Bewegungsänderung eines Körpers eine Kraftwirkung erkennt. Auch wenn ein Körper seine Form ändert, muss eine Kraft auf ihn wirken.

    Wenn du zum Beispiel wie im Video auf einem Sitzball sitzt, erkennst du an der Formänderung des Balls, dass eine Kraft dich nach unten zieht - die Gewichtskraft.

    Ein anderes Phänomen, das du vom Fahrradfahren kennst, ist der Fahrtwind. Umso schneller wir fahren, umso stärker ist der Wind, der uns entgegenkommt. Die Luftteilchen reiben dabei an unserem Körper und dem Fahrrad und bremsen uns etwas ab. Diese Kraft wird daher Reibungskraft genannt.

    Wir erkennen Kräfte an Bewegungs- oder Formänderungen. Umgekehrt heißt das aber nicht, dass es keine Kraft gibt, wenn wir keine Bewegungs- oder Formänderung sehen.

    Wenn wir auf einem stabilen Stuhl sitzen, ändert er im Gegensatz zum Sitzball seine Form nicht, obwohl die gleichen Kräfte wirken.

  • Gib an, welche der Kräfte es im physikalischen Sinn tatsächlich gibt.

    Tipps

    Achte darauf, dass im Alltag manche Dinge das Wort Kraft enthalten, obwohl es sich physikalisch gesehen gar nicht um eine Kraft handelt.

    Kräfte wirken zwischen Körpern.

    Du erkennst eine physikalische Kraft daran, dass entweder eine Bewegungsänderung oder eine Verformung hervorgerufen wird.

    Lösung

    Kräfte in der Physik wirken immer zwischen Körpern.

    Du erkennst eine physikalische Kraft daran, dass entweder eine Bewegungsänderung oder eine Verformung hervorgerufen wird.

    Die magnetische Kraft zieht Büroklammern zu einem Magneten.

    Die Bremsen des Autos verlangsamen es oder bringen das Auto zum Stillstand.

    Die Waschkraft ändert hingegen nicht die Bewegung der Wäsche, das macht nur die Waschmaschine. Auch Vorstellungskraft und Überzeugungskraft rufen keine Änderung der Bewegung oder der Form eines Körpers hervor.

    Achtung! Es können auch zwei Kräfte gleichzeitig wirken und sich gegenseitig aufheben. Dann kannst du sie nicht an einer Bewegung erkennen. Wenn du zum Beispiel auf einem Stuhl sitzt, wirkt die Gewichtskraft nach unten. Du bewegst dich jedoch nicht, da der Stuhl die gleiche Kraft in die entgegengesetzte Richtung, also nach oben, ausübt.

  • Wende das Wechselwirkungsprinzip an.

    Tipps

    Das Wechselwirkungsprinzip sagt aus, dass wenn ein Körper auf einen zweiten eine Kraft ausübt, dieser zweite Körper die gleiche Kraft auf den ersten Körper ausübt.

    Mache dir von den Möglichkeiten Skizzen und zeichne die Kräfte ein, die wirken.

    Bist du schon mal aus einem Boot oder von einer Luftmatratze gesprungen? Was ist passiert?

    Lösung

    Um mit dem Boot voranzukommen, würden wir normalerweise rudern. Was passiert dabei? Mit Hilfe der Ruder schieben wir das Wasser von uns weg. Physikalisch bedeutet das, dass wir eine Kraft auf das Wasser ausüben. Das 3. Newtonsche Prinzip besagt, dass dann auch das Wasser eine Kraft auf das Ruder und somit auch auf das Ruderboot ausüben muss. Dadurch wird das Boot nach vorne geschoben. Den gleichen Effekt erreichen wir, wenn wir Gegenstände aus dem Boot werfen. Wir stoßen uns sozusagen an den Gegenständen ab.

    Du hast das sicherlich schon mal erlebt, wenn du von einem Boot oder einer Luftmatratze aus ins Wasser gesprungen bist. Das Boot hat sich leicht in die andere Richtung bewegt. Die Luftmatratze hat sich stärker in die andere Richtung bewegt. Die Kraft, mit der du dich abstößt, wirkt nicht nur auf dich, sondern auch auf das Boot oder die Matratze.

    Wenn nun also ein Gegenstand aus dem Boot geworfen wird, ist das so, als würdest du aus dem Boot springen. Der Gegenstand übt eine Kraft auf dich im Boot aus, die genauso groß ist wie die Kraft, mit der du den Gegenstand weg wirfst. Beide Kräfte wirken in die entgegengesetzte Richtung.

    Raketen funktionieren auf die gleiche Art und Weise. Man nennt das Phänomen auch Rückstoßprinzip.

    Warum können uns nicht der Magnet oder das Segel weiterhelfen? Überlege dir dazu, was beide Möglichkeiten gemeinsam haben.

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