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Das Banner der Rhetos-Website: zwei griechische Denker betrachten ein physikalisches Universum um sie herum.

Kraft

Physik

Basiswissen


Wenn man in der Physik von einer Kraft spricht, dann ist damit etwas gemeint, das zieht oder drückt. Die Stärke der Kraft gibt man in der Einheit Newton an. Um sich selbst an einem Seil nach oben zu ziehen braucht man etwa 400 bis 1000 Newton, je nachdem, wie schwer man ist. Um einen Liter Wasser anzuheben braucht man nur etwa 10 Newton.

Beispiele für Kräfte


Kräfte umgeben uns überall und wirken ständig. Es gibt keinen Platz im Universum, an dem nicht ständig eine Kraft wirkt. Doch Kräfte sind unsichtbar. Betrachten wir zunächst, wo man Kräfte im Alltag spüren kann.

Ein Liter Milch halten


Wenn man einen Liter Milch oder etwas anderes, was in etwa einen Kilogramm schwer ist, in der Hand hält, dann braucht man dazu eine Kraft von etwa 10 Newton. Auch wenn man das Gewicht nach oben anhebt, braucht man diese Kraft. Man nennt sie Hubkraft ↗

Auf den Händen hocken


Kinder sind zwischen 30 bis vielleicht 60 Kilogramm schwer, Erwachsene oft zwischen 60 bis über 100 Kilogramm. Kinder im Alter von 14 Jahren sind im Durchschnitt etwa 60 kg schwer. Wenn man sich dann hinhockt, und beide Hände unter die Füße legt, dann drückt das gesamt Körpergewicht auf die beiden Hände. Jede Hand spürt dann etwa 300 Newton an Druckkraft. Der tiefere Grund für diesen Kraft ist die Erdanziehungskraft ↗

Etwas ins Wasser drücken


Eine sehr interessante Kraft ist die sogenannte Auftriebskraft. Versuche einmal, einen Spielball ganz unter Wasser zu drücken. Man spürt eine sehr starke Kraft nach oben. Es sind auch Auftriebskräfte, die einen Ballon oder einen Zeppelin in der Luft halten. Siehe mehr unter Auftrieb ↗

Etwas schleudern


Nimm irgendetwas, das rund 100 Gramm schwer ist. Eine normal große Tafel Schokolodade wiegt etwa 100 Gramm. Befestige es an einem Seil einer Länge von etwa 50 Zentimetern. Dann schleudert man das Gewicht waagrecht in einer Kreisbewegung. Wenn dabei eine ganze Kreisbewegung etwa eine halbe Sekunde dauert, dann zieht das Gewicht mit etwa 8 Newton nach außen. Dadurch wird auch das Seil straff gehalten. Diese nach außen wirkende Schleuderkraft nennt man die Zentrifugalkraft ↗

ICE-Lok


Wenn ein Intercity-Zug anfährt, dann nehmen die Antriebswagen die restlichen Waggons mit sich mit. Je nach Anzahl der Waggons sind das beim Anfahren zwischen 225 bis 525 tausend Newton. Siehe mehr unter ICE 4 ↗

Ein Haus


Ein Reihenaus wiegt je nach Größe zwischen vielleicht 100 bis fast 300 Tonnen. Das sind 100 tausend bis 300 tausend Kilogramm. Die Erde zieht das Haus zu sich hin. Alles was sich zwischen Haus und Erde befindet, wird also von der Anziehungskraft zusammengedrückt, zum Beispiel der Boden unter dem Haus. Auf diesen Boden drückt das Haus mit etwa einer bis 3 Millionen Newton. Wenn der Boden zu weich oder bröselig ist, dann hält er diese Kraft nicht aus. Dann kann das Haus kippen oder einsinken. Solche Fälle gibt es tatsächlich.

Da Newton als Einheit der Kraft


Wir haben oben schon öfters die Einheit Newton kennengelernt. An einem Liter Milch zieht die Erde mit 10 Newton nach unten. Ein ICE fährt mit über 200 tausend Newton an. Und Häuser drücken mit Millionen von Newton auf den Boden. Ein Newton ist anschaulich gesprochen in etwa die Kraft, die man benötigt, um eine 100-Gramm-Tafel Schokolade in der Luft zu halten. Physikalisch ist das Newton darüber definiert, dass man mit einer Kraft von einem Newton eine Masse von einem Kilogramm in jeder Sekunde um einen Meter pro Sekunde schneller machen kann. Siehe mehr zur Definition dieser Einheit im Artikel zum Newton ↗

Häufig behandelte Kräfte der Schulphysik


In der Schulphysik werden Kräfte oft an einigen typischen Beispielen eingeführt und betrachtet. Die folgende Liste führt diese Kräfte in etwa in der Reihenfolge auf, wie sie oft in der Mittelstufe behandelt werden.

Kräfte im eigentlichen Sinn


Kräfte im eigentlich physikalischen Sinn sind Wirkungen, die man in der Einheit Newton angeben kann. Nur das ist in der Physik mit einer Kraft gemeint.


Mit solchen Kräften kann man rechnen, etwa indem man die Kräfte addiert. Da bei Kräften auch die Richtung ihrer Wirkung oft eine Rolle spielt, stellt man eine Kraft in der Physik oft als Vektor dar. Siehe mehr dazu unter Vektor ↗

Kräfte im übertragenen Sinn


In der Umgangssprache und auch in der Technik wird das Wort Kraft oft weiter gefasst als in der Physik. Oft steht Kraft dabei für so etwas wie Energie, eine Fähigkeit etwas zu Tun. Dazu stehen hier einige Beispiele.


Bei diesen Beispielen gilt auch nicht mehr, dass die Einheit das Newton ist. Meint man eine Energie, ist die Einheit das Joule. Bei der Kaufkraft wäre eine sinnvolle Einheit zum Beispiel Euro.

Gebiete der Physik mit Kräften


Kräfte spielen in vielen Gebieten der Physik eine wichtige Rolle. Ganz generell ist die Physik der Kräfte die Mechanik.[1] Betrachtet man speziell nur Kräfte, die auch ohne Bewegung zustande kommen, etwa bei ruhenden Häusern, dann ist man im Teilgebiet der Statik.[2] Geht es um Kräfte, die von Bewegungen abhängen, dann ist man in der Dynamik.[3] Typische Beispiel für die Dynamik sind die Berechnung von Kräften in Flugzeugen oder beim schnellen Abbremsen bewegter Menschen.


Die Grundidee der Statik ist, dass Objekte in Ruhe in einem sogenannten Gleichgewicht der äußeren Kräfte sind. Wenn von außen Kräfte wirken, dann gleichen sie sich gegenseitig aus. Die Grundidee der Dynamik ist, dass eine Beschleunigung immer mit einer Kraft zusammenhängt.

Fußnoten




Eine Holzgliederpuppe stemmt sich einem Eitech-Wagen mit 3 Clementinen entegegen. Gunter Heim