Basiswissen

Bei einem Kraftstoß wirkt von außen für eine kurze Zeitdauer Δt eine Kraft F auf einen Körper. Das Produkt F·Δt ist dann auch gleich dem sogenannten Impulsübertrag mit der Einheit Ns (Newtonsekunden).^[1] Der Kraftstoß gibt anschaulich gesprochen an, welche Menge an Bewegung von außen^[2] auf einen Körper übertragen wird. Der betroffene Körper ändert dadurch auch seine Geschwindigkeit.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Kraft mal Zeit: der Fuß gibt der Lok einen Kraftstoß☛

Beispiel

Bleikugel in Weltraumstation

Für die anschauliche Vorstellung eines Kraftstoßes ist ein Körper ideal, der einigermaßen schwer ist aber ganz ohne Reibung und sonstige bremsenden Kräfte irgendwo ruht. Man kann sich zum Beispiel gedanklich in das Innere einer größeren Raumstation begeben. Die Gegenstände im Inneren der Raumstation sind dann schwerelos.^[3] Man kann sich dann zum Beispiel eine Bleikugel mit einem Durchmesser von 40 Zentimetern vorstellen, die scheinbar regungslos im Inneren der Station in der Luft schwebt. Diese Kugel würde rund 380 Kilogramm wiegen.^[4] Wenn sie etwa einen halben Meter entfernt von der Innenwand der Raumstation still in der Luft steht, kann man sich mit dem Rücken zur Wand zwischen die Wand und die Kugel stellen. Dann drückt man kräftig mit beiden Armen mit zum Beispiel insgesamt 200 Newton für 0,5 Sekunden auf die Kugel. Dieses Drücken für anderthalb Sekunden ist der Kraftstoß.

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Kraftstoß: 200 Newton die 0,5 Sekunden lang wirken geben einen Kraftstoß von 200·0,5 = 100 Ns.

Die 100 Ns (Newtonsekunden) sind dann auch gleich dem Impuls m·v der auf die Kugel übertragen wurde. Setzt man die 100 Ns mit dem Term m·v gleich, kann man für die bekannte Masse der Kugel die 380 kg einsetzen und die Gleichung dann nach der noch unbekannten Geschwindigkeit v auflösen.

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100 Ns = 380 kg · v -> auflösen nach v gibt v = 100:380 m/s ≈ 0,26 m/s

Die Kugel hat nach dem kurzen Kraftstoß also eine Geschwindigkeit von etwa 0,26 m/s oder 26 cm/s. Das entspricht in etwa der Geschwindigkeit einer schnellen Spielzeuglokomotive.^[5]

Handhabung der Einheiten

In dem Rechenbeispiel oben wurden im Ergebnis direkt die Einheit m/s hingeschrieben. Die Meter pro Sekunde ergeben sich aus der Division der Ns durch kg. Treten Einheiten in Formeln auf, empfiehlt es sich oft, alle sogenannten zusammengesetzten Einheiten wie N zuerst in die Basiseinheiten^[6] aufzulösen. Aus Newton wird dann kg·m/s². Multipliziert man das mit Sekunden, kürzt sich s einmal weg und es bleiben übrig: kg·m/s. Bei der Umstellung soll das dann noch durch kg geteilt werden, wodurch am Ende nur die m/s als Einheit für v übrig bleiben.

Ns:kg | Newton schreiben als kg·m/s²

(kg·m/s²)·s:kg | / ist ein Bruchstrich

(kg·m/s²)·s:kg | die Sekunden kürzen

(kg·m/s):kg | die Kilogramm kürzen

m/s ✓

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Es macht an einer solchen Stelle vielleicht Sinn, sich noch einmal die Logik des Kürzens näher anzusehen. Bei vielen Rechnungen in der Physik treten Brüche auf, bei denen im Zähler und im Nenner Produkte, also Malketten, stehen. Das ist auch im Beispiel hier der Fall. Bei solchen Termen kann man oft sehr weitgehend kürzen und die Terme damit stark vereinfachen. Siehe dazu auch die Erklärung zu 👉 Malkette aus Brüchen kürzen

Impetustheorie (historisch)

Als Impetustheorie bezeichnet man eine Denkströmung der spätantike bis hin zum Mittelalter: dieser Theorie zufolge benötigt ein sich bewegender Körper eine Art anfänglichen Schwung, den Impetus. Diese Idee ist recht nahe an der Idee von einem Kraftstoß als Ursache einer späteren Bewegung. Siehe auch 👉 Impetustheorie

Fußnoten

[1] Ein "Kraftstoß" oder "Impulsübertrag" ist "der bei einem Stoß übertragene Impuls. In der klassischen Mechanik wird der Impulsübertrag definiert als das Produkt aus der Kraft F und der kurzen Zeitdauer Δt des Stoßes: P = FΔt." In: Spektrum Lexikon der Physik. Dort der Artikel "Impulsübertrag". Abgerufen am 19. Oktober 2026. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/physik/impulsuebertrag/7166

[2] Die Einteilung von Kräften in innere und äußere ist vor allem praktischer Natur: "Je nachdem, ob die Kraft zum betrachteten System gehört oder nicht, spricht man von innerer oder äußerer Kraft. Innere Kräfte treten innerhalb eines eindeutig begrenzten Systems stets paarweise als Kraft und Gegenkraft auf und halten sich daher im Gleichgewicht." Dem stehen die äußeren Kräfte gegenüber: "Äußere Kräfte wirken von außen auf das System ein; ihre Gegenkräfte greifen an Körpern an, die nicht zum betrachteten System gehören." Diese Einteilung sie allerdings "sehr willkürlich" und "von eher praktischem Interesse", denn durch die Wahl der Systemgrenzen kann das betrachtete System immer so ausgedehnt werden, dass "die Angriffspunkte der äußeren Kraft auch zum System gehören." In: der Artikel "Kraft". Spektrum Lexikon der Physik. 6 Bände. Greulich, Walter (Hrsg.) Spektrum Akademischer Verlag. Heidelberg, Berlin. 1998-2000. Siehe auch 👉 innere Kraft

[3] Ein Körper in Schwerelosigkeit würde im Raum schwebend still stehen, solange er von außen nicht beschleunigt wird. Das ist für das Gedankenexperiment zum Kraftstoß hier ideal. Siehe auch 👉 Schwerelosigkeit

[4] Ein Kubikdezimeter Blei wiegt etwa 11,3 Kilogramm. Die Kugel soll einen Durchmesser von 4 und damit einen Radius von 2 Dezimetern haben. Die Kreiszahl Pi wird gerundet auf 3,14. Der Radius ergibt damit ein Volumen von rund 33,5 Kubikdezimetern. Wenn jeder Kubikdezimeter dann etwa 11,3 Kilogramm wiegt, kommt man auf eine Masse von etwa 378 Kilogramm. Siehe auch 👉 Kugelmasse

[5] In Versuchen mit einer Duplo-Lok kamen wir auf typische Geschwindigkeiten dieser Spielzeuglok von bis zu 24 cm/s. Siehe auch 👉 Duplo-Lok

[6] Die 7 Si-Basiseinheiten sind: Meter, Kilogramm, Sekunde, Ampere, Kelvin, Mol und Candela. Siehe mehr unter 👉 SI-Einheiten