Physikalische Definition von Kraft?
Es gibt ja Gewichtskraft, Reibungskraft, Federkraft.. Also mit unterschiedlichen Formeln.
Aber was ist allgemein die Definition von Kraft, mit der man alle Formeln auf die gleiche Art erklären kann? Auf Google steht, dass ein Körper beschleunigt wird, aber z.B. bei Ff=-Dx, wo ist da eine Beschleunigung?
4 Antworten
Die physikalische Definition von Kraft ist die Fähigkeit eines Körpers, die Bewegung oder den Zustand der Ruhe eines anderen Körpers zu ändern. Kraft ist eine vektorielle Größe, das bedeutet, dass sie eine Richtung und einen Betrag hat. Es gibt verschiedene Arten von Kräften, wie z.B. Gewichtskraft, Reibungskraft, Federkraft, elektrische Kraft, magnetische Kraft, usw., und jede Art von Kraft kann unterschiedlich berechnet werden.
Die Formel Ff = -Dx, die du erwähnt hast, ist eine Formel für die Federkraft, die auftritt, wenn eine Feder gedehnt oder gestaucht wird. In dieser Formel steht Ff für die Federkraft, Dx für die Veränderung der Länge der Feder und D für die Federkonstante. Es ist wichtig zu beachten, dass die Federkraft eine rücktreibende Kraft ist, die entgegengesetzt zur Veränderung der Länge der Feder wirkt, daher das negative Vorzeichen in der Formel.
Die Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit eines Körpers pro Zeiteinheit. In einigen Fällen kann die Kraft, die auf einen Körper wirkt, zu einer Beschleunigung führen, wie z.B. die Gewichtskraft, die einen Körper in Richtung der Erde zieht und eine Beschleunigung verursacht, die als Fallbeschleunigung bezeichnet wird. In anderen Fällen kann die Kraft jedoch keine Beschleunigung verursachen, wie z.B. die Reibungskraft, die einer Bewegung entgegenwirken kann und eine gleichmäßige Bewegung verhindern kann.
Es ist wichtig zu beachten, dass die Definition von Kraft nicht immer mit einer Beschleunigung einhergehen muss. Kraft kann auch verwendet werden, um den Zustand der Ruhe eines Körpers zu beeinflussen, wie z.B. die Gewichtskraft, die einen Körper auf einer horizontalen Fläche in Ruhe hält, oder die Federkraft, die eine Feder in ihrem Ruhezustand hält, wenn keine äußeren Kräfte wirken.
Insgesamt ist die Definition von Kraft die Fähigkeit, die Bewegung oder den Zustand der Ruhe eines Körpers zu ändern, und die spezifischen Formeln zur Berechnung von Kräften hängen von der Art der Kraft und der Situation ab, in der sie wirkt.
wo ist da eine Beschleunigung
bewirkt eine Beschleunigung, die einer anderen entgegengesetzt ist, so dass beide sich im Gleichgewicht aufheben. Schauen wir uns die Einheiten an:
Und das ist eine Masse mal einer Beschleunigung.
Allgemein gilt Kraft F ist die zeitliche Ableitung des Impulses p, also F = dp/dt, wenn man p = mv einsetzt, erhält man: F = d/dt mv, wenn wir noch annehmen, dass die Masse m über die Zeit konstant bleibt und nur die Geschwindigkeit zeitlich veränderlich ist, dann ergibt sich: F = m * dv/dt = ma. Warum jetzt bei der Feder F = -Dx herauskommt, nun ja, das liegt an der Lösung der Differentialgleichung eines harmonischen Oszillators (Feder). Der Ansatz aber, um diesen Ausdruck zu erhalten, ist nach wie vor die Bewegungsgleichung F = ma
Kräfte können Verschiedenes bewirken, und durch die Gesamtmenge dessen, was sie bewirken können, sind sie definiert: Sie können Körper beschleunigen und ihnen damit kinetische Energie zuführen. Sie können Körper gegen Reibungskräfte oder Feldkräfte in Bewegung halten und damit Reibungsarbeit leisten oder potentielle Energie zuführen. Sie können Körper verformen und damit, falls er elastisch ist, in einen inneren Spannungszustand versetzen, oder, falls er plastisch verformbar ist, Verformungsarbeit leisten.
Was eine Kraft bewirkt, das hängt von dem System ab, dessen Bestandteil der Körper ist. Ist er beweglich, dann beschleunigt ihn die Kraft und/oder leistet Reibungsarbeit oder Arbeit in einem Kraftfeld. Ist er verformbar, dann verformt ihn die Kraft.
Beispiel: die Schubkraft einer Rakete. Sie bewirkt mehrere Dinge zugleich. Sie leistet Beschleunigungsarbeit, indem sie der Rakete potentielle Energie zuführt. Sie leistet Reibungsarbeit gegen den Luftwiderstand. Und sie leistet Hubarbeit, indem sie die Rakete im Schwerkraftfeld nach oben hebt und ihr damit potentielle Energie zuführt. All dies tut ein und dieselbe Schubkraft gleichzeitig. Du kannst sie zwar rechnerisch in Anteile zerlegen, die zu einem Zeitpunkt gerade die einzelnen Arbeitsleistungen erbringen, aber physikalisch entstehen sie alle ohne Unterschied durch denselben Prozess im Triebwerk.