Weiteres über Kräfte

Kraft ist ein Wort, das Teil unserer Alltagssprache ist. Da bedeutet es in etwa so viel wie Energie, Mühe oder Stärke. Aber in der Physik hat der Begriff Kraft eine spezielle Bedeutung, die sich von Worten wie Energie und Stärke unterscheidet. In der Physik ist eine Kraft etwas, das schiebt oder zieht. Du kannst Kräfte nicht sehen aber manchmal fühlen.

Sie finden zwischen den Dingen statt, die Interaktion zwischen den Objekten. Kräfte haben die Tendenz, die Bewegungsrichtung oder Form von Objekten zu ändern. Das heißt aber nicht, dass die Kräfte damit immer Erfolg haben. Dennoch haben sie eben die Tendenz oder Absicht die Bewegung oder Form von Objekten zu verändern. Eine Kraft, die schiebt oder zieht.

Hier ist eine Kiste, die auf dem Boden steht. Die Schwerkraft zieht die Kiste nach unten, mit einer Kraft von 500 Newton. Der nach unten gerichtete Kraftpfeil stellt die Wirkung der Schwerkraft dar. Aber wenn es eine nach unten gerichtete Kraft gibt, warum bewegt sich die Kiste nicht weiter nach unten? Nun, der Boden drückt zurück gegen die Kiste.

Hebe die Kiste ein wenig an und halte deine Hand zwischen Kiste und Boden, dann spürst du diese Kraft. Die Kiste drückt deine Hand von oben, aber der Boden drückt deine Hand genauso stark von unten! Was du fühlst, ist die vom Boden ausgehende Normalkraft. Normal heißt in diesem Fall, dass die Kraft senkrecht vom Boden aus wirkt. Die Normalkraft hindert die Kiste daran, in den Boden zu sinken.

Solange die Kiste auf dem Boden steht, heben die Schwerkraft und Normalkraft sich gegenseitig auf. Hebst du die Kiste jedoch vom Boden hoch, unterstützt dich die Normalkraft nicht mehr. Dann musst du deine Stärke anwenden und mit einer Kraft von mehr als 500 Newton geradewegs nach oben ziehen. Dieser nach oben gerichtete Kraftpfeil zeigt, wie du an der Kiste ziehst. Doch deine nach oben gerichtete Kraft ist zu schwach, also passiert nichts.

Ein Freund kommt, um dir zu helfen, und nun sind dort zwei nach oben gerichtete Kräfte. Es können zwei Kraftpfeile eingefügt werden, die in die gleiche Richtung zeigen. Etwa so. Die kombinierte nach oben gerichtete Kraft ist nun größer als die nach unten gerichtete Kraft der Schwerkraft. Die Länge des nach oben gerichteten Pfeils minus die Länge des Schwerkraftspfeils ist gleich der Wert der kombinierten Kräfte – die resultierende Kraft – der gerade auf die Kiste wirkt.

Die nach oben gerichtete Kraft ist größer als die Schwerkraft, deshalb weist die resultierende Kraft nach oben. Du hebst die Kiste an. Zeigen die Kraftpfeile in die gleiche Richtung, kann man sie addieren. Die resultierende Kraft ist ein längerer Pfeil mit derselben Richtung. Zeigen die Kraftpfeile in entgegengesetzte Richtungen, stellt die resultierende Kraft den Unterschied ihrer Längen dar und zeigt in die Richtung der stärksten Kraft.

Doch was passiert mit Kraftpfeilen, die in unterschiedliche Richtungen weisen? Hier ist ein großes Schiff, das von zwei Schleppern gezogen wird. Die Schlepper ziehen gleich stark, aber in verschiedene Richtungen. Ihre Kräfte können als Pfeile dargestellt werden, so wie hier. Was ist jetzt die resultierende Kraft von diesen beiden Schleppern?

Na ja, die sieht so aus. Du kannst Kraftpfeile kombinieren, indem du sie nacheinander verschiebst, etwa so. Es ist egal, in welcher Reihenfolge du sie verschiebst. Das Ergebnis ist das gleiche. Das große Schiff wird mit einer nach vorne gerichteten Kraft gezogen, selbst wenn keiner der beiden Schlepper es in diese Richtung zieht.

Wenn wir ein Kiste anheben, ein Schiff abschleppen oder einen Becher über einen Tisch schieben, haben wir Kontakt mit dem Objekt, das wir dieser Kraft aussetzen. Kontaktkräfte fallen einem leicht ein, da wir sie stets nutzen, wenn wir Dinge oder uns bewegen. Aber es gibt auch wirkende Kräfte zwischen Objekten, die nicht in Kontakt miteinander stehen. Die Schwerkraft ist eine Kraft, die an allem zieht, was in der Nähe ist, ohne es berühren zu müssen. Auch magnetische und elektrische Ladungen erzeugen Kräfte, die Objekte beeinflussen, ohne diese zu berühren.

Berührungslose Kräfte