Das dynamische Grundgesetz  Der Begriff der Masse und der Kraft  Das Newtonsche Kraftgesetz  Beschleunigungsmessung an der Fahrbahn  Aufgaben  Aufgaben von Pittys Physikseite Feedback     Interesse an einer CD ?     Empfehlung

Der Begriff der Masse und der Kraft

Kraft

Kräfte kann man nur an ihren Wirkungen erkennen, sie können Körper verformen, Körper beschleunigen, Körper abbremsen und die Bewegungsrichtung von Körpern ändern. Kräfte haben Größe, Richtung und Angriffspunkt. Man stellt sie durch Pfeile dar (Kraftvektoren).

Gewichtskraft

Die Gewichtskraft ist die Kraft, mit der ein Körper von der Erde angezogen wird. Sie ist ortsabhängig, ( z.B. auf dem Mond ist sie geringer als auf der Erde).

Maßeinheiten

Die Maßeinheit der Kraft ist das Newton, (N) z.B. F = 10 N oder F = 0,2 N oder F = 100 N.

Masse

Jeder Körper hat eine Masse. Diese äußert sich in "schwer sein" und in "träge sein". Die Masse eines Körpers ist nicht vom Ort abhängig. Sie lässt sich durch Massenvergleich auf der Waage bestimmen (z.B. auch auf dem Mond ist die Masse eines Ziegelsteins die gleiche wie auf der Erde, er wiegt auf dem Mond nur weniger).

Maßeinheiten

Die Maßeinheit der Masse ist das Kilogramm (kg), z.B.   m = 10 kg oder m = 100 g oder m = 10 mg.

Das Newtonsche Kraftgesetz

Wer startet schneller, ein Moped oder ein LKW?
Wovon hängt die Größe der Beschleunigung ab?

Motorleistung und Masse bestimmen die Beschleunigung.

Versuch

Eine Masse m wird mit verschiedenen Kräften beschleunigt.

Masse konstant, Kraft variabel Je größer die Kraft, desto größer ist die Beschleunigung. Die Beschleunigung ist proportional der Kraft.

Kraft konstant, Masse variabel Je größer die Masse, desto kleiner ist die Beschleunigung. Die Beschleunigung ist umgekehrt proportional der Masse

Kraft, Masse und Beschleunigung hängen voneinander ab.

Es gilt: Beschleunigung = Kraft / Masse a = F / m
Eine genaue Überprüfung kann durch eine Messreihe mit der Fahrbahn durchgeführt werden.

	Das Newtonsche Kraftgesetz: (Dynamisches Grundgesetz)

	Der Trägheitssatz von Galileo Galilei:
	Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung, wenn keine Kraft auf ihn wirkt. Oder: Nur unter dem Einfluss einer Kraft kann ein Körper seinen Bewegungszustand ändern.

Warum erreicht ein Auto, das mit Vollgas gefahren wird, nur eine bestimmte Endgeschwindigkeit?

Beschleunigungskraft = Antriebskraft - Reibungskraft
F_b = F_a - F_r
Wenn die Reibungskraft F_r genauso groß ist, wie die Antriebskraft, dann nimmt die Geschwindigkeit nicht mehr zu.

	Definition der Krafteinheit 1 Newton:

Beschleunigungsmessung an der Fahrbahn

Protokoll und Auswertung einer Versuchsdurchführung.

Gemessen wird die Zeit, die der Wagen bei einer beschleunigten Bewegung für die Messtrecke 1m braucht.

F/N m/kg s/m t1/s t2/s t3/s <t> 0,5 1,0 1 2,2 1,9 2,1 2,07 1,0 1,0 1 1,5 1,3 1,4 1,4 1,5 1,0 1 1,2 1,1 1,2 1,17 Tabelle 1: Die Masse m wird mit verschiedenen Kräften beschleunigt. Masse konstant, Kraft variabel.

Die jeweilige Beschleunigung kann aus dem Weg - Zeit - Gesetz berechnet werden.

m = 1,0 kg F = 0,5 N m = 1,0 kg m = 1,0 N m = 1,0 kg m = 1,5 N

Das Ergebnis zeigt:
Je größer die beschleunigende Kraft bei gleicher Masse, desto größer die Beschleunigung.

Die berechneten Beschleunigungswerte werden in Abhängigkeit zur beschleunigenden Kraft in ein Diagramm eingetragen.

Die Verbindung der eingetragenen Messpunkte ergibt eine Gerade, die durch den Nullpunkt verläuft. Daraus lässt sich schließen: Die Beschleunigung ist Proportional zur beschleunigenden Kraft.

F/N m/kg s/m t1/s t2/s t3/s <t> 1,0 0,5 1 1,2 0,9 1,1 1,07 1,0 1,0 1 1,5 1,3 1,4 1,4 1,0 1,5 1 1,8 1,9 1,7 1,8 Tabelle 2: Verschiedene Massen werden mit der gleichen Kraft beschleunigt. Kraft konstant, Masse variabel

Die jeweilige Beschleunigung kann aus dem Weg - Zeit - Gesetz berechnet werden.

m = 0,5 kg F = 1,0 N m = 1,0 kg m = 1,0 N m = 1,5 kg m = 1,0 N

Das Ergebnis zeigt:
Je größer die Masse bei gleichbleibender beschleunigender Kraft, desto kleiner die Beschleunigung.

Die berechneten Beschleunigungswerte werden in Abhängigkeit zur beschleunigten Masse in ein Diagramm eingetragen.

Die Verbindung der eingetragenen Messpunkte ergibt eine Kurve, die einen Zusammenhang ahnen lässt, der reizproportional ist. Daraus lässt sich schließen: Die Beschleunigung ist umgekehrt proportional zur beschleunigten Masse.

Zusammenhang zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung.

Beispiel:

Mit welcher Kraft wird ein Testpilot der Masse m = 70 kg in den Pilotensitz gedrückt, der seine Maschine mit a = 40 m/s2 ( = 4 G ) beschleunigt? Das entspricht einer Gewichtskraft von 280 kg.

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Simulation einer Luftkissen- oder Rollen-Fahrbahn Externer Link zu http://www.walter-fendt.de/ph14d/n2gesetz.htm