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Physik 10 · Bewegung und Kräfte

Newton in Aktion

Ein Körper gleitet ohne Reibung auf einer großen Ebene, du siehst ihn von oben. Wirkt keine Kraft, bleibt seine Geschwindigkeit nach Betrag und Richtung gleich. Eine Kraft ändert sie: Je größer die Kraft und je länger sie wirkt, desto stärker; je größer die Masse, desto schwächer.

So gehst du vor

  1. 1Lege den Finger neben den Körper und halte ihn dort: Der rote Pfeil ist die Kraft. Sie wirkt, solange der Finger liegt.
  2. 2Nimm den Finger weg und beobachte Pfeil v und die Punkte. Sie entstehen alle 0,5 s.
  3. 3Stelle rechts F, Δt und m ein und gib mit den Pfeilknöpfen genau bemessene Kraftstöße.
  4. 4„Neues Ziel“: Bringe den Körper im Ring zum Stehen, mit möglichst wenigen Kraftstößen.
Tempo v
0,00 ms
Kraft F
0,0 N
Beschl. a
0,00 ms²

Der Rand ist keine Wand: Wer rechts hinausgleitet, kommt links wieder herein, ohne dass sich die Geschwindigkeit ändert.

Masse m

2 kg

Kraft F des Kraftstoßes

4,0 N

Dauer Δt

1,0 s
Ein Kraftstoß ändert die Geschwindigkeit um
Δv = F · Δtm = 4,0 N · 1,0 s2 kg = 2,00 ms

Kraft und Geschwindigkeit über der Zeit

0510152025024681012t in sF in N0510152025024t in sv in m · s⁻¹

Wechselwirkung: Zwei Wagen stoßen sich ab

Wagen 1: v
0,00 ms
Wagen 2: v
0,00 ms

Masse m1

1 kg

Masse m2

2 kg

Die Feder drückt 0,6 s lang mit 4 N auf jeden Wagen, und zwar in entgegengesetzte Richtungen: Kraft und Gegenkraft greifen an verschiedenen Körpern an.

Aufträge

  1. Gib dem Körper einen Kraftstoß und warte. Was zeigen die Punkte über die Bewegung ohne Kraft? Formuliere den Trägheitssatz in eigenen Worten.
  2. Gib dem ruhenden Körper mit 2 kg einen Kraftstoß von 4 N über 1 s. Sage das Tempo voraus und prüfe es am Messgerät. Wiederhole mit 4 kg. Wie muss sich Δt ändern, damit wieder dasselbe Tempo herauskommt?
  3. Lass den Körper nach rechts gleiten und gib dann einen Kraftstoß nach oben. Wie groß ist das Tempo danach? Vergleiche die Rechnung mit dem Satz des Pythagoras mit der Anzeige.
  4. Halte den Körper mit dem Finger auf einer Kreisbahn. Wohin muss die Kraft zeigen, damit das Tempo gleich bleibt, die Richtung sich aber ändert?
  5. Was zeigt das F-t-Diagramm während eines Kraftstoßes, was das v-t-Diagramm? Woran erkennst du im v-t-Diagramm die Beschleunigung?
  6. Löse ein Ziel mit genau zwei Kraftstößen je Richtung. Warum braucht man zum Anhalten denselben Kraftstoß wie zum Anfahren?
  7. Wechselwirkung: Wähle zwei gleiche Wagen, dann 1 kg und 3 kg. Vergleiche die Kräfte und die Tempi. Was bleibt gleich, was nicht?

Die Grundgleichung der Mechanik lautet F = m · a. Hier steckt sie in Δv = a · Δt.