Zusammenwirken von Kräften – Lösungen

a – Wenn sich der Schrank nicht in Bewegung setzt, liegt ein Kräftegleichgewicht vor.
– Beim Anfahren an der Ampel liegt kein Kräftegleichgewicht vor. Es muss eine resultierende Kraft geben, die das Fahrrad beschleunigt.
– Bei einem Handstand liegt ein Kräftegleichgewicht vor. Stützkräfte der Arme und Gewichtskraft halten sich die Waage, weshalb der Körper im Handstand verweilt.
– Beim Tauziehen liegt immer dann ein Kräftegleichgewicht vor, wenn das Seil gerade nicht beschleunigt wird.
– Wenn das Auto mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus fährt, liegt ein Kräftegleichgewicht vor.

b Beispiellösungen:

Beispiel 1: Ein Buch liegt auf dem Tisch. Auf das Buch wirkt nach unten die Gewichtskraft. Gleichzeitig wirkt vom Tisch eine gleich große Kraft nach oben. Da beide Kräfte gleich groß und entgegengesetzt gerichtet sind, heben sie sich gegenseitig auf. Die resultierende Kraft ist null, deshalb bleibt das Buch in Ruhe.

a Unter dem Begriff resultierende Kraft versteht man die Kraft, die übrig bleibt, wenn alle wirkenden Kräfte miteinander verrechnet worden sind.

b Kräfteaddition: Mehrere Sportlerinnen ziehen an einem Seil in die gleiche Richtung:

Kräftesubtraktion: Ein Elefant gewinnt ein Tauziehen:

a Die gesamte Auftriebskraft F_A durch die vier Propeller beträgt 40 N (4 · 10 N).

b Die Gewichtskraft der Drohne beträgt:

F_g  = m · g = 2 kg · 10  \( \frac{N}{kg} \)= 20 N

c Die resultierende Kraft auf die Drohne beträgt:

F_R  = F_A – F_g = 40 N – 20 N = 20 N.
Die Drohne bewegt sich nach oben.

d

a Bei vielen Maschinen ist Reibung unerwünscht und wird mit Schmierstoffen wie Ölen minimiert. Ohne Reibung könnten wir uns jedoch nicht fortbewegen. Die Aussage ist also nicht allgemein gültig.

b Man kann einen Turnschuh an einem Kraftmesser über eine ebene Fläche ziehen. Der Kraftmesser zeigt, dass die Haftreibung irgendwann abreißt und zur Gleitreibung wird, deren Kraftbetrag geringer ist. Stellt man den Turnschuh nun auf runde Stifte, wird die Kraft beim Ziehen noch geringer. Folglich ist Rollrei­bung die kleinste der drei Reibungsarten.

c Haftreibung hängt von der Oberflächenbeschaffenheit der sich berührenden Körper und von der Kraft ab, mit der die Oberflächen aneinandergedrückt werden.

d – Die Haftreibung, die das Auto bei einer Kurvenfahrt gegen die Trägheit seitlich in der Spur hält, reißt ab. Zwischen Reifen und Straße wirkt nur noch Gleitreibung.
– Auf Eis ist kaum Reibung vorhanden. Das Eis kann nur eine geringe Kraft auf die Sohle bewirken. Deshalb rutscht man leicht aus.
– Auf einer Ölspur ist die Reibung erheblich geringer als auf trockener und sauberer Straße. Fährt man geradeaus über eine Ölspur, bleibt das meist ohne Folgen. Bremst oder lenkt man auf der Ölspur, so kann die reduzierte Reibung zu einem Unfall führen.

a Wenn eine Kraft wirkt, dann muss es immer eine Gegenkraft dazu geben. Kraft und Gegenkraft sind immer gleich groß und entgegengesetzt gerichtet.

b

c Die Aussage stimmt nicht, denn nicht alle Eigenschaften der beiden Kräfte sind gleich. Kraft und Gegenkraft haben zwar die gleiche Größe, aber sie zeigen in verschiedenen Richtungen.

a Kraft F, Masse m und Beschleunigung a

b F = m ∙ a

– Je größer die auf einen Körper wirkende Kraft ist, desto größer ist die Beschleunigung bei gleicher Masse.
– Je größer die Masse eines Körpers ist, desto kleiner ist die Beschleunigung bei gleicher Krafteinwirkung.
– Je größer die Beschleunigung eines Körpers ist, desto geringer muss bei gleicher Kraft die Masse sein.