Kräftegleichgewicht und Trägheitssatz

Kräftegleichgewicht

Physik; Mechanische Kräfte; 1. Sek / Bez / Real; Kräftegleichgewicht und Trägheitssatz

Schau dir dieses Buch an. Es liegt regungslos auf dem Tisch - und das, obwohl gleich zwei Kräfte auf das Buch wirken. Einerseits die Kraft der Unterlage (1.) und andererseits die Gewichtskraft (2.). Wieso bewegt sich das Buch trotzdem weder nach unten, noch nach oben?

Die Antwort ist: Es herrscht ein Kräftegleichgewicht. Die beiden Kräfte, die auf das Buch wirken, zeigen in entgegengesetzte Richtungen. Doch fast noch wichtiger ist, dass die Kräfte gleich stark sind. Sie heben sich deshalb gegenseitig auf und das Buch bleibt in seinem bisherigen Zustand liegen.

Mithilfe der Pfeiladdition kannst du herausfinden, ob sich die Kräfte, die an einem Objekt angreifen, in einem Kräftegleichgewicht ausgleichen oder ob eine resultierende Kraft wirkt.

Physik; Mechanische Kräfte; 1. Sek / Bez / Real; Kräftegleichgewicht und Trägheitssatz

Wenn nach der Pfeiladdition der letzte Pfeil genau auf das Objekt zeigt, dann herrscht ein Kräftegleichgewicht.

Merke: Auch wenn es bei bewegungslosen Objekten so scheint, als ob keine Kräfte auf sie einwirken, muss dem nicht so sein. Die wirkenden Kräfte gleichen sich schlichtweg gegenseitig aus, sodass sie die gleiche Wirkung haben, wie wenn keine von ihnen am Objekt angreifen würde.

Das 1. Newtonsche Gesetz: der Trägheitssatz

Wenn ein Kräftegleichgewicht herrscht, ändert sich die bisherige Bewegung des Objektes nicht. Das heisst: Ein ruhendes Objekt bleibt in Ruhe. Es bedeutet aber auch, dass sich ein Objekt, welches sich bereits mit einer konstanten Geschwindigkeit $\vec{v}$ bewegt, weiterhin mit dieser Geschwindigkeit bewegen wird.

Dieser Umstand wird im Trägheitssatz so formuliert:

Solange keine Kraft auf einen Körper ausgeübt wird oder alle Kräfte sich im Gleichgewicht befinden, bleibt der Körper in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter.

Beispiel

Gegeben: Stell dir vor, du möchtest jemandem ein Geschenk überbringen. Deine Hände sind jedoch voll, deshalb transportierst du es mit einem gleichmässigen Schrittgang auf deinem Kopf.

Gesucht: Was passiert mit dem Geschenk, wenn du plötzlich stehen bleibst?

Lösung: Das Geschenk wird nicht mit dir stoppen. Die Trägheit führt dazu, dass es sich mit der konstanten Geschwindigkeit weiterbewegt. Dadurch wird es die Sicherheit deines Kopfes verlassen, die Kraft der Unterlage wird nicht mehr wirken und durch die Gewichtskraft wird das Geschenk auf den Boden fallen.