Grenzenlose Physik

Kraft

Kraft ist jede Einwirkung, die eine Veränderung eines Objektes bewirkt, sei es in Bezug auf seine Bewegung, seine Richtung oder seinen geometrischen Aufbau.

Übersicht über Kräfte

In der Physik ist eine Kraft jede Einwirkung, die ein Objekt zu einer bestimmten Änderung veranlasst, sei es bezüglich seiner Bewegung, seiner Richtung oder seines geometrischen Aufbaus. Gemessen wird sie mit der SI-Einheit Newton. Eine Kraft ist diejenige, die bewirken kann, dass ein Objekt mit Masse seine Geschwindigkeit ändert, d. h. beschleunigt wird, oder die bewirken kann, dass sich ein flexibles Objekt verformt. Kraft kann auch durch intuitive Begriffe wie z. B. Druck oder Zug beschrieben werden. Eine Kraft hat sowohl den Betrag als auch die Richtung, was sie zu einer Vektorgröße macht.

Kraftgrößen

Die ursprüngliche Form des zweiten Newtonschen Gesetzes besagt, dass die Nettokraft, die auf ein Objekt wirkt, gleich der Rate ist, mit der sich sein Impuls ändert. Dieses Gesetz besagt weiter, dass die Beschleunigung eines Objekts direkt proportional zur Nettokraft ist, die auf das Objekt wirkt, in Richtung der Nettokraft verläuft und umgekehrt proportional zur Masse des Objekts ist.

Wie wir bereits erwähnt haben, ist die Kraft eine Vektorgröße. Ein Vektor ist eine eindimensionale Anordnung mit Elementen des Betrags und der Richtung. In einem Kraftvektor ist die Masse, \text{m}, die Größenkomponente und die Beschleunigung, \text{a}, ist die Richtungskomponente. Die Gleichung für die Kraft lautet:

Text{F}=\text{m}\cdot \text{a}

Zu den verwandten Konzepten der Kraft gehören der Schub, der die Geschwindigkeit eines Objekts erhöht, der Luftwiderstand, der die Geschwindigkeit eines Objekts verringert, und das Drehmoment, das Änderungen der Rotationsgeschwindigkeit eines Objekts bewirkt. Kräfte, die nicht gleichmäßig auf alle Teile eines Körpers wirken, verursachen auch mechanische Spannungen, ein Fachbegriff für Einflüsse, die eine Verformung der Materie bewirken. Während mechanische Spannungen in einem festen Objekt eingebettet bleiben können und es allmählich verformen, bestimmen mechanische Spannungen in einer Flüssigkeit Änderungen ihres Drucks und Volumens.

Dynamik

Die Dynamik ist die Lehre von den Kräften, die Objekte und Systeme in Bewegung versetzen. Um dies zu verstehen, benötigen wir eine Arbeitsdefinition von Kraft. Unsere intuitive Definition von Kraft – also ein Stoß oder ein Zug – ist ein guter Ausgangspunkt. Wir wissen, dass ein Schub oder Zug sowohl eine Größe als auch eine Richtung hat (daher ist es eine Vektorgröße) und in jeder Hinsicht erheblich variieren kann.

Ein paar Beispiele für die „Schub-Zug“-Natur der Kraft. Das Beispiel oben links ist das eines Flaschenzugsystems. Die Kraft, die jemand am Seil nach unten ziehen müsste, müsste gleich groß sein wie die Kraft, die durch die Masse des Objekts und die Auswirkungen der Schwerkraft auf dieses Objekt entsteht, damit sich das System nach oben bewegt. Das Beispiel oben rechts zeigt, dass jedes Objekt, das auf einer Oberfläche ruht, immer noch eine Kraft auf diese Oberfläche ausübt. Das untere Beispiel zeigt, dass sich zwei Magnete aufgrund der magnetischen Kraft zueinander hingezogen fühlen.