Aufgaben zu Kräften

(Klassische Mechanik > Kräfte und Gravitation)

(Kursstufe > Mechanik)

Was ist Kraft?

Im Alltag wird oft der Begriff "Kraft" benutzt. Dabei ist aber nicht immer der physikalische Kraftbegriff gemeint. In vielen Fällen ist auch die in einem Gegenstand enthaltene Energie gemeint.

• Woran kann man erkennen, dass im physikalischen Sinne eine Kraft wirkt?
• Bei welchen der folgenden Aussagen ist der Begriff "Kraft" im physikalischen Sinne gemeint?

Bei welchen ist eher die Energie gemeint und bei welchen etwas ganz anderes?

1. Windkraftwerke werden oft in Küstennähe gebaut.
2. Er schiebt den Einkaufswagen mit voller Kraft nach vorne.
3. Die frischen Blätter leuchten in einem kräftigen Grün.
4. Kraft ihres Amtes verlieh sie ihm einen Orden.
5. Auch beim Basketball kann Krafttraining sinnvoll sein.
6. Heute bin ich total kraftlos.
7. Es herrscht ein Mangel an Fachkräften.
8. Kohlekraftwerke haben einen großen Ausstoß an Kohlendioxid.
9. Sie tritt mit voller Kraft in die Pedale.
10. Mit freudiger Tatkraft gingen sie an's Werk.
11. Er hat die Niederlage schlecht verkraftet.
12. In dieser Pflanze steckt eine große Heilkraft.

Feder und Gummiband

Man untersucht ein Gummiband und eine Stahlfeder auf den Zusammenhang zwischen der Kraft, mit der gezogen wird und der Verlängerung. Am Gummiband wird mit bis zu 9N gezogen, dabei verlängert es sich um 20cm, dann wird die Zugkraft wieder schrittweise reduziert. Die Feder verlängert sich bei 8N um 10cm.

Zeichne das Kraft-Verlängerungsdiagramm [math]F(s)[/math] der Feder und des Gummis in verschiedenen Farben in das Koordinatensystem.

Beschreibe das unterschiedliche Verhalten anhand des Diagramms.

Feder

Wenn man an einer Feder mit einer Kraft von 10 N zieht, verlängert sie sich von 15cm Länge auf 25cm Länge.

• Wie verlängert sich die Feder, wenn man mit 20N zieht?
• Welche Federkonstante D hat die Feder?

Auf der Erde und dem Mond

• Wie groß ist deine Masse und deine Gewichtskraft hier auf der Erde ungefähr?
• Auf dem Mond funktioniert eine „normale“ Personenwaage nicht mehr. Warum? Und wie kann man sich auf dem Mond wiegen?

Masse und Gewicht

Erkläre die Begriffe und unterscheide sie voneinander mit Hilfe von Beispielsituationen:

Masse, Gravitation, Gewichtskraft, Ortsfaktor

Autofederung

• Anton (m=80kg) steigt in sein Auto ein. Dabei sinkt das Auto um 0,5 cm ab.

Welche Federkonstante haben die vier Federn?

Kräfteaddition

• Zeichne die Kraftpfeile ab und addiere die Kräfte zeichnerisch. (Zwei Kästchen entsprechen 10N.) Bestimme den Betrag der Summe.

Tasche tragen I

Die Einkaufstasche hat eine Masse von 6kg.

• Mit welcher Kraft muss Anna, mit welcher Kraft muss Bernd ziehen? (Zeichnerische Lösung)

Tasche tragen II

Anna und Bernd tragen die schwere Einkaufstasche (10 kg) gemeinsam, damit sie nicht so schwer heben müssen.

"Lauf nicht so weit weg von mir!" ruft Anna, "Sonst kann ich die Tasche nicht mehr halten!"

• Wieso ist es für die beiden günstiger nahe beieinander zu laufen, sodass die Henkel der Tasche nach oben zeigen?

Mache mehrere Zeichnungen mit verschiedenen Abständen zwischen den beiden und zeichne die wirkenden Kräfte ein. ([math]\rm 1 cm \hat = 10 N[/math])

Faden-Pendel

• Mit welcher Kraft muss man das Fadenpendel festhalten, wenn es eine Masse von 200g hat? (Zeichnerische Lösung reicht, man kann es aber auch rechnen.)