Was ist eine Kraft?
Eine Kraft ist ein Stoß oder Zug. Kräfte werden in Newton (N) gemessen und haben sowohl Größe als auch Richtung (sie sind Vektoren).
Ausgeglichene Kräfte
Kräfte sind ausgeglichen, wenn sie sich gegenseitig aufheben (gleiche Größe, entgegengesetzte Richtungen). Die resultierende (Netto-)Kraft ist null.
Ergebnis: Der Körper bleibt ruhig ODER bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit.
Ausgeglichen – keine Bewegung
Unausgeglichene Kräfte
Wenn Kräfte unausgeglichen sind, gibt es eine Nettokraft und der Körper beschleunigt.
Ein Buch auf einem Tisch
Gewichtskraft (nach unten) = 10 N. Normalkraft des Tisches (nach oben) = 10 N.
Nettokraft = 0 → Buch bleibt ruhig. Kräfte sind ausgeglichen.
Eine startende Rakete
Schub (nach oben) = 50.000 N. Gewichtskraft (nach unten) = 30.000 N.
Nettokraft = 20.000 N nach oben → Rakete beschleunigt nach oben.
Resultierende Kraft
Praxisbezug: Auto mit konstanter Geschwindigkeit auf der Autobahn
Ein Auto fährt auf der Autobahn mit 100 km/h – ohne Beschleunigung oder Verzögerung. Der Motor erzeugt eine Antriebskraft von 600 N nach vorne; Luftwiderstand und Rollreibung wirken zusammen mit 600 N nach hinten.
Nettokraft = 600 − 600 = 0 N → ausgeglichen → konstante Geschwindigkeit. Der Fahrer hält das Gaspedal nur gedrückt, um den Widerstandskräften entgegenzuwirken, nicht um weiter zu beschleunigen.
Praxisbezug: Schwebender Heißluftballon
Ein Heißluftballon schwebt auf konstanter Höhe. Die Auftriebskraft der umgebenden Luft entspricht genau der Gewichtskraft des Ballons, Korbs und der Passagiere.
Nettokraft = 0 → ausgeglichen → der Ballon bleibt auf gleicher Höhe. Um zu steigen, erhitzt der Pilot die Luft im Ballon (verringert die Dichte und damit das Gewicht); zum Sinken öffnet er ein Ventil.
Praxisbezug: Brücke im Gleichgewicht
Eine Fußgängerbrücke trägt eine Gesamtlast von 20 000 N durch Eigengewicht und Fußgänger. Zwei Stützpfeiler drücken jeweils mit 10 000 N nach oben.
Gesamte Aufwärtskraft = 20 000 N = Gesamtlast nach unten → Nettokraft = 0 → die Brücke bleibt in Ruhe. Bauingenieure berechnen diese Kräftegleichgewichte, damit eine Brücke sich nicht „beschleunigt" – also nicht einstürzt.
Wo begegnen uns ausgeglichene Kräfte? Ein Buch im Regal, eine stehende Brücke, ein Flugzeug auf konstantem Kurs, ein Boot, das auf dem Wasser treibt, oder ein Auto bei gleichbleibender Geschwindigkeit auf der Autobahn – überall heben sich die Kräfte auf.
Übungsaufgaben
Auf eine Kiste wirken zwei Kräfte: 40 N nach rechts und 25 N nach links. Wie groß ist die resultierende Kraft und in welche Richtung?
Antwort anzeigen
Eine Fallschirmspringerin wiegt 800 N nach unten. Der Luftwiderstand beträgt 800 N nach oben. Was passiert mit ihrer Geschwindigkeit?