Kräfte messen: 1. & 2. Newtonsches Gesetz

Das 2. Newtonsche Gesetz

Wenn eine Kraft $F$ auf einen Körper mit der Masse $m$ wirkt, verursacht dies eine Beschleunigung $a$ des Körpers. Es gilt das 2. Newtonsche Gesetz:

$F = m \cdot a$

Die Beschleunigung zeigt in die gleiche Richtung wie die Kraft.

Wenn die Beschleunigung und die Masse eines Körpers bekannt sind, kann die Kraft als deren Produkt berechnet werden. Leider ist es oft sehr schwierig, die Beschleunigung zu ermitteln. Um eine Kraft zu bestimmen, wird in der Praxis lieber das 1. Newtonsche Gesetz verwendet.

Das 1. Newtonsche Gesetz

Folgendes besagt das 1. Newtonsche Gesetz:

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.

Um eine Kraft messen zu können, machen wir von der Umkehrung dieses Gesetzes Gebrauch. Die Idee ist, dass wir einen Körper zum Stillstand bringen, sodass er sich in Ruhe befindet und nach dem 1. Newtonschen Gesetz ein Kräftegleichgewicht herrscht. Um den Körper zu bremsen, müssen wir für eine Beschleunigung entgegengesetzt seiner Bewegungsrichtung sorgen. Diese wird verursacht, wenn wir eine Kraft auf den Körper ausüben. Die Kraft, die wir bis zum Stillstand aufwenden müssen, entspricht genau der Kraft, die auf den Körper wirkt. Damit das Kräftegleichgewicht entsteht, müssen die beiden entgegengesetzten Kräfte gleich stark sein.

Physik; Mechanische Kräfte; 1. Sek / Bez / Real; Kräfte messen: 1. & 2. Newtonsches Gesetz

Physik; Mechanische Kräfte; 1. Sek / Bez / Real; Kräfte messen: 1. & 2. Newtonsches Gesetz

1. elastische Feder

2. Messbereich

3. in Newton geeichte Skala

Um die Kraft messen zu können, mit der man an dem Körper zieht, wird ein Federkraftmesser verwendet.

Der Kraftmesser wird mit dem Metallhaken am Objekt angebracht. Nun wird am Kraftmesser gezogen: In einer Skala kann man die aufgewendete Kraft in Newton ablesen.

Kräfte geometrisch ermitteln

Um Kräfte geometrisch zu ermitteln, macht man sich die Pfeiladdition zunutze.

Allgemeine Kräfteaddition

1.	Verschiebe mit Lineal und Geodreieck einen Pfeil parallel so, dass er an die Spitze des vorherigen Pfeils angehängt wird.
2.	Übertrage mit einem Zirkel die Länge des Pfeiles an der neu eingezeichneten Stelle.
3.	Wiederhole den ersten und den zweiten Schritt, bis alle Pfeile aneinander hängen.
4.	Ziehe einen neuen Pfeil vom Objekt bis zur Spitze des zuletzt verschobenen Pfeiles. Dies ist der Pfeil der resultierenden Kraft.

Physik; Mechanische Kräfte; 1. Sek / Bez / Real; Kräfte messen: 1. & 2. Newtonsches Gesetz

Merke: Es spielt keine Rolle, in welcher Reihenfolge du die Pfeile aneinanderhängst. Die im letzten Schritt eingezeichnete resultierende Kraft wird immer dieselbe sein. Das wird bei der Addition von zwei Kräften deutlich.

Addition von zwei Kräften

1.	Verschiebe mit Lineal und Geodreieck beide Pfeile parallel so, dass sie an die Spitze des jeweils anderen Pfeiles angehängt werden. Es entsteht ein Kräfteparallelogramm.
2.	Ziehe einen Pfeil vom Objekt bis zum Schnittpunkt der neu eingezeichneten Parallelen. Du hast die Diagonale des Kräfteparallelogramms und somit die resultierende Kraft eingezeichnet.

Physik; Mechanische Kräfte; 1. Sek / Bez / Real; Kräfte messen: 1. & 2. Newtonsches Gesetz

Die Addition von zwei Kräften ist umkehrbar. Wenn die resultierende Kraft und die Richtungen der beiden angreifenden Kräfte bekannt sind, kann die Länge und damit die Stärke der angreifenden Kräfte bestimmt werden.

Kräftezerlegung

1.	Verschiebe mit Lineal und Geodreieck die gegebenen Richtungsgeraden der angreifenden Kräfte parallel so, dass sie die Spitze der resultierenden Kraft berühren. Es entsteht ein Kräfteparallelogramm.
2.	Jetzt kannst du die am Objekt angreifenden Kraftpfeile einzeichnen. Fahre dazu die beiden Linien, welche nicht für die resultierende Kraft stehen, bis zu den Schnittpunkten nach.

Physik; Mechanische Kräfte; 1. Sek / Bez / Real; Kräfte messen: 1. & 2. Newtonsches Gesetz