Beschreibung von Kräften

Was wir bereits gelernt haben

Kräfte können Körper beschleunigen oder verformen. Wie sehr die Körper der Verformung und/oder der Beschleunigung unterliegen hängt von:

  • dem Betrag also der Stärke,
  • der Richtung und
  • dem Angriffspunkt

der Kraft ab.

Kräfte werden durch Pfeile beschrieben.

  • Die Pfeillänge beschreibt den Betrag (die Stärke) der Kraft.
  • Die Pfeilrichtung beschreibt die Richtung.
  • Der Fuß- oder Startpunkt des Pfeils (und nicht die Spitze!) bestimmt den Angriffspunkt der Kraft.

Wie eine Kraft einen Körper verformt oder beschleunigt, hängt von dem Betrag, der Richtung und dem Angriffspunkt ab.

Beispiele, verformende Wirkung einer Kraft

Nun brauchst du etwas Phantasie. Die folgenden Beispiele lassen sich an einer eingespannten Blattfeder demonstrieren. Unter einer eingespannten Blattfeder kannst du dir ein Lineal vorstellen, welches du fest in einer Hand hälst – es muss ein biegsames Lineal sein. Sonst endet unser Versuche schnell, da das Lineal bricht.

Abhängigkeit von dem Betrag (Stärke)

Wenn du das Lineal oben (unten hälst du es fest) leicht anschiebst, verformt sich das Lineal gering. Wenn du an der gleichen Stelle (am Angriffspunkt, also oben am Lineal) und in die gleiche Richtung heftiger schiebst (mit einem größeren Betrag), verformt sich das Lineal stärker. Wirken auf einen Körper an der gleichen Stelle und in die gleiche Richtung zwei Kräfte mit unterschiedlichem Betrag (Stärke), dann verformen sich der Körper je nach Stärke unterschiedlich. Demnach hängt die verformende Wirkung einer Kraft von deren Betrag (deren Stärke) ab. Ein leichter Schlag wirkt auf die Nase nicht so gravierend verformend wie ein starker Fausthieb.

Abhängigkeit von der Richtung

Nun schauen wir, was passiert, wenn die Kraft bei gleichem Betrag in unterschiedliche Richtung wirkt. Schiebe das Lineal von vorn und von der Seite an. Dabei beobachten wir wieder, wie sich das Lineal jeweils verformt und sehen: Wirken zwei Kräfte mit gleichem Betrag an der gleichen Stelle (Angriffspunkt), aber in unterschiedliche Richtungen auf einen Körper, dann verformt sich der Körper durch die beiden Kräfte unterschiedlich.  Die verformende Wirkung einer Kraft hängt von deren Richtung ab. Autos, die bei einem Zusammenprall frontal aufeinander treffen sind stärker demoliert, als wenn sich die Autos bei gleicher Geschwindigkeit (Betrag) im rechten Winkel streifen.

Abhängigkeit vom Angriffspunkt

Nun stupsen wir das Lineal mit gleichem Betrag (Stärke) und aus gleicher Richtung an – wir verändern den Angriffspunkt. Stoßen einmal oben und einmal in der Mitte des Lineals mit dem Finger dagegen. Das Lineal schwankt stärker, wenn der Angriffspunkt sich oben statt in der Mitte oder gar unten befindet (kurz über der Hand, mit der wir das Lineal halten). Wirken zwei Kräfte mit gleichem Betrag in die gleiche Richtung, aber an unterschiedlichen Angriffspunkten auf einen Körper, dann verformt sich der Körper durch die beiden Kräfte unterschiedlich. Die verformende Wirkung einer Kraft hängt von deren Angriffspunkt ab.

Beispiel, beschleunigende Wirkung einer Kraft

Um die beschleunigende Wirkung einer Kraft darzustellen, verwenden wir eine Kugel.

Abhängigkeit von dem Betrag (Stärke), der Richtung und dem Angriffspunkt

Wir schieben die Kugel vom gleichen Angriffspunkt, in die gleiche Richtung nur einmal stärker und einmal schwächer. Sie rollt weiter, wenn wir stärker geschoben haben. Wirken an der gleichen Stelle und in die gleiche Richtung auf einen Körper zwei Kräfte mit unterschiedlichem Betrag (Stärke), dann beschleunigt der Körper durch die beiden Kräfte unterschiedlich. Die beschleunigende Wirkung einer Kraft hängt von deren Betrag ab.

Diese Experiment führen wir nun durch, indem wir in die gleiche Richtung, mit gleichem Betrag aber vom unterschiedlichen Angriffspunkt aus schieben. Und sehen: Die beschleunigende Wirkung einer Kraft hängt von deren Angriffspunkt ab.

Wir machen es kurz, nun schieben wir die Kugel mit dem gleichen Betrag vom selben Angriffspunkt in unterschiedliche Richtungen an. Es kann nicht anders sein: Die beschleunigende Wirkung einer Kraft hängt von deren Richtung ab.

Fazit: Die verformende und die beschleunigende Wirkung einer Kraft hängt jeweils vom Betrag (der Stärke), der Richtung und / oder dem Angriffspunkt ab.