Kraft

Die Kraft gibt an, wie stark zwei Körper aufeinander einwirken.

Formelzeichen: F
Einheit: ein Newton (1 N)


Ein Newton (1 N) ist die Kraft, die einem Körper der Masse 1 kg eine Beschleunigung von 1 ms2 erteilt. Es ist etwa die Kraft, mit der ein Körper der Masse 100 g auf eine ruhende Unterlage drückt oder an einer Aufhängung zieht (Bild 2). Benannt ist diese Einheit nach dem berühmten englischen Physiker ISAAC NEWTON (1643-1727).

Vielfache der Einheit 1 N sind ein Kilonewton
(1 kN) und ein Meganewton (1 MN):

1 kN = 1 000 N
1 MN = 1 000 000 N

Kräfte zwischen zwei Körpern: Der Ball wirkt auf den Schläger ein, der Schläger auf den Ball.
Die Einheit 1 N

Charakterisierung der physikalischen Größe Kraft

  • Die Kraft ist eine Wechselwirkungsgröße. Sie wirkt immer zwischen zwei oder mehreren Körpern, wobei die Körper wechselseitig aufeinander einwirken. Dabei gilt das Wechselwirkungsgesetz, das besagt: Wirken zwei Körper wechselseitig aufeinander ein, so sind die Kräfte gleich groß und entgegengesetzt gerichtet.
  • Die Kraft ist eine gerichtete (vektorielle) Größe. Sie wird mithilfe von Pfeilen dargestellt. Jede Kraft hat eine Richtung, einen Betrag und einen Angriffspunkt (Bild 3). Der Buchstabe F ohne Pfeil bedeutet immer den Betrag der Kraft.
  • Kräfte sind nur an ihren Wirkungen erkennbar. Die Wirkung einer Kraft ist abhängig
  • vom Betrag der Kraft,
  • von der Richtung der Kraft,
  • vom Angriffspunkt der Kraft.
Kraft als gerichtete Größe

Kräfte können Bewegungsänderungen von Körpern, Formänderungen von Körpern (elastische oder plastische Verformung) oder deren Zerstörung hervorrufen.

In der nachfolgenden Übersicht sind die Beträge von Kräften aus Natur und Technik angegeben.

Kräfte in Natur und Technik
Gewichtskräfte
ein 10-Cent-Stück
1 Tafel Schokolade
1 Liter Wasser
Mensch
PKW

0,04 N
1 N
10 N
500 N ... 800 N
etwa 10 000 N
Zugkräfte und Schubkräfte
Pferd
PKW
Lokomotive

400 N ... 750 N
5 000 N
200 000 N
Hubkräfte
Gewichtheben
Eisenbahndrehkran

1 000 N ... 2 500 N
bis 2 500 000 N
Auftriebskräfte
Ball (d = 30 cm)
Schiff (Wasserverdrängung 20)

139 N
196 000 N
Luftwiderstandskraft
PKW bei 100 km/h

etwa 210 N

Messen von Kräften

Kräfte können mithilfe unterschiedlicher Messverfahren bestimmt werden. Unterschieden wird zwischen der statischen und der dynamischen Kraftmessung.

Statische Kraftmessung: Man misst Kräfte mithilfe von Federkraftmessern. Die Kraft kann direkt an der Skala des Federkraftmessers abgelesen werden. Nähere Erläuterungen sind unter dem Thema "Federkraftmesser" zu finden.

Dynamische Kraftmessung: Es wird der Zusammenhang zwischen der Kraft, der Beschleunigung und der Masse eines Körpers (newtonsches Grundgesetz) genutzt. Kennt man die Masse m eines Körpers und seine Beschleunigung a, so ergibt sich der Betrag der beschleunigenden Kraft nach der Gleichung F=ma.

Berechnen von Kräften

Allgemein kann die Kraft mit der Gleichung F=ma berechnet werden. Für spezielle Kräfte sind auch spezielle Gleichungen anzuwenden. Nachfolgend sind die wichtigsten Kräfte mit ihren Berechnungsmöglichkeiten genannt.

Art der Kraft Berechnungs-
möglichkeit
Bedeutung der Größen
allgemein F=ma
m Masse des Körpers
a Beschleunigung des
Körpers
Gewichtskraft FG=mg

m Masse des Körpers
g Fallbeschleunigung
(Ortsfaktor)

Reibungskraft FR=μFN
μ  ReibungszahlFN  Normalkraft
Federspannkraft FS=Ds
D Federkonstante
s Längenänderung
der Feder
Radialkraft (Zentralkraft) Fr=mv2r=m4π2rT2

m Masse des Körpers
v Geschwindigkeit
des Körpers
r Radius der Kreisbahn
Auftriebskraft FA=ρVg
ρ  DichteV  Volumeng  Fallbeschleunigung (Ortsfaktor)
Gravitationskraft F=Gm1m2r2
G  Gravitationskonstantem1, m2  Massen der Körperr  Abstand der   Massemittelpunkte
Wirkungen von Kräften: Sie führen zu Verformungen und Bewegungsänderungen.

Arten von Kräften

Es gibt viele verschiedene Arten von Kräften, die man z. B. nach der Art ihrer Entstehung oder nach der Art ihres Wirkens einteilen kann. Einige dieser Kräfte sind in der Tabelle oben genannt. Nach der Art ihres physikalischen Charakters kann man weitere Kräfte unterscheiden. Nachfolgend ist dazu eine Übersicht gegeben.

Wirkungen von Kräften

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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