Lösungen zu den Teste-dich-Aufgaben
a Kräfte erkennt man an ihren Wirkungen. Sie können den Bewegungszustand eines Körpers ändern oder ihn verformen.
b Elastische Verformung: Ein Gegenstand wird nur kurzzeitig verformt und kehrt danach wieder in seinen Ursprungszustand zurück. Das Zusammendrücken eines Tennisballs ist ein Beispiel für eine elastische Verformung. Der Ball kehrt nach der Krafteinwirkung in seinen ursprünglichen Zustand zurück.
Plastische Verformung: Ein Gegenstand wird dauerhaft verformt. Das Zerbrechen eines Tellers ist ein Beispiel für diese Art der Verformung.
c
– Angriffspunkt: Hier setzt die Kraft an.
– Kraftrichtung: Gibt an, in welche Richtung die Kraft wirkt.
– Betrag der Kraft: Gibt die Größe der Kraft an.
d 1 Newton (1 N)
a links: Änderung des Bewegungszustands (Beschleunigung, der Wagen wird durch das Anschieben schneller); rechts: elastische Verformung
b
c Individuelle Lösungen sind möglich. Beispiel für eine Beschleunigung als Kraftwirkung (Der Einkaufwagen wird schneller):
a Vor einer Messung muss die zu messende Kraft abgeschätzt und ein Federkraftmesser mit passendem Messbereich auswählt werden. Ist die zu messende Kraft zu groß für den Kraftmesser, dann kann dieser zerstört werden. Ist die zu messende Kraft zu klein, dann ist die Messung zu ungenau. Im Anschluss muss die Nullpunkteinstellung des Federkraftmessers vorgenommen werden. Dadurch erreicht man, dass die Feder im unbelasteten Zustand auf Null steht und der später abgelesene Wert stimmt.
b Je härter die Feder im Kraftmesser ist, umso größer sind die Kräfte, die man damit messen kann. Die Auslenkung ist bei gleicher Krafteinwirkung bei einer härteren Feder geringer.
c Wenn zwischen der angreifenden Kraft und der Auslenkung eine Proportionalität besteht (Hooke’sches Gesetz), dann kann man die wirkenden Kräfte am Kraftmesser besonders leicht ablesen. Gleiche Kraftänderungen führen dann zu gleich großen Auslenkungen, sodass die Skala gleichmäßig unterteilt ist.
a Im Gegensatz zur Gewichtskraft eines Körpers ist die Masse eine vom Ort unabhängige Größe. Eine Tafel Schokolade hat auf dem Mond und auf der Erde jeweils die Masse von 100 g.
b Mit Gravitationswaagen wie der von Cavendish kann man die Massenanziehung zweier Körper nachweisen. In dem Experiment bewegen sich drehbar gelagerte Massen ohne äußere Einwirkung auf andere Massen zu.
c Wenn man zwei Massestücke voneinander entfernt, nimmt die Anziehung ab.
a Wenn man dieselbe Tafel Schokolade an der höchsten und tiefsten Stelle in Deutschland wiegt, erhält man unterschiedliche Werte. Die Gewichtskraft, die auf die Tafel wirkt, ist somit abhängig vom Ort , an dem sich die Tafel befindet.
b Der Satz ist korrekt. Die Masse der Erde zieht beispielsweise die Masse der Schokolade an und umgekehrt. Wegen der großen Trägheit der Masse der Erde fällt aber nur auf, dass die Schokoladentafel zur Erde fällt, nicht dass die Erde in Richtung Schokoladentafel „springt“.
c Die Masse der Sonne ist riesig. Die Anziehung wäre so hoch, dass man nicht nach oben springen könnte.
a Die unterschiedlichen Anzeigen der Kraftmesser entstehen durch die unterschiedliche Gewichtskraft auf Erde und Mond. Die Masse des Zuckerpakets beträgt in beiden Fällen 1 kg und bleibt unverändert. Die angezeigte Kraft am Kraftmesser ist jedoch die Gewichtskraft. Sie hängt davon ab, wie stark ein Himmelskörper den Gegenstand anzieht. Auf der Erde ist die Anziehungskraft deutlich stärker als auf dem Mond. Auf der Erde wirkt auf eine Masse von 1 kg eine Gewichtskraft von etwa 9,81 N. Auf dem Mond ist die Anziehungskraft aufgrund der geringeren Masse des Mondes viel schwächer (nur etwa ein Sechstel). Deshalb wirkt auf die Masse von 1 kg eine Gewichtskraft von etwa 1,62 N.
b Auf dem Mond ist die Anziehungskraft auf das Boot kleiner als auf der Erde. Deshalb ist die Gewichtskraft des Bootes geringer. Gleichzeitig ist aber auch die Gewichtskraft des verdrängten Wassers kleiner. Da beide Gewichtskräfte im gleichen Verhältnis kleiner werden, bleibt ihr Gleichgewicht erhalten. Das Boot taucht daher genauso tief ins Wasser ein wie auf der Erde.
a Beispiellösung: Wenn ein Auto um eine Kurve fährt, dann behalten die Personen im Auto ihren Bewegungszustand (in diesem Fall: die Bewegungsrichtung) zunächst bei und werden gegen die Autotür gedrückt.
b Man muss den Hammerstil auf eine harte Unterlage schlagen. Durch die Trägheit rutscht der Hammerkopf wieder auf den Stil.
c Bei einem Auffahrunfall von hinten wird das eigene Auto schnell nach vorne geschoben. Der Kopf bleibt in der ursprünglichen Position, knickt also gegenüber dem Körper, der vom Sitz
„mitgenommen“ wird, nach hinten. Die Kopfstütze verhindert ein Überstrecken des Kopfes.