Ka10b2013I

Kräfte

Was ist Kraft?

Im Alltag wird oft der Begriff "Kraft" benutzt. Dabei ist aber nicht immer der physikalische Kraftbegriff gemeint.

• Woran kann man erkennen, dass im physikalischen Sinne eine Kraft wirkt?
• Bei welchen der folgenden Aussagen ist der physikalische Kraftbegriff gemeint? Begründe deine Antwort.

1. Beim Schwimmtraining ist Krafttraining sinnvoll.
2. Windkraftwerke werden oft in Küstennähe gebaut.
3. Er schiebt den Einkaufswagen mit voller Kraft nach vorne.
4. Die magische Kraft seiner Stimme.
5. Kraft ihres Amtes verlieh sie ihm einen Orden.

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?

Masse und Gewicht

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

Masse, Gewichtskraft, Ortsfaktor

Gewichtskraft

• Wie groß ist deine Gewichtskraft hier auf der Erde ungefähr?

Kräfteaddition

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

Tasche tragen

Die Einkaufstasche hat eine Masse von 6kg.

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

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.)

In der Straßenbahn

Peter fährt mit der Straßenbahn in die Schule.

• In welchen Situationen muss er sich festhalten, wann nicht?
• Erkläre dies mit den Begriffen Massenträgheit, Impuls und Kraft.
• In welche Richtung muss er sich ziehen um stehenzubleiben?

Steile Straße

Ein Auto mit einer Masse von 1000kg steht an einer Straße mit einem Gefälle von 10%, dann wird die Handbremse gelöst und der Wagen beginnt bergab zu rollen.

• Begründe mit einer Rechnung, warum die Hangabtriebskraft ca. 975N beträgt. (Rechnerischer Weg!)
• Wieviel Impuls enthält das Auto, wenn es aus dem Stand 10 Sekunden lang rollt?
• Welche Geschwindigkeit hat es dann?
• Berechne die Impulsmenge und die Geschwindigkeit nach weiteren 10s.
• Wie verändern sich die Impulsmengen und die Geschwindigkeiten, wenn ein Auto mit der doppelten Masse aus dem Stand herunterrollt?

Weihnachtsbaumtransport

Im Video des ADAC wurde der Transport eines Weihnachtsbaumes auf dem Autodach untersucht.

Zitat: "Ein mannshohe Tanne bringt um die 30kg auf die Waage. Bei einem Aufprall mit 50km/h zerren in diesem Fall 750kg am Dachträger."

• Wie ist das zu verstehen, dass die Masse der Tanne auf einmal viel größer ist? Sind da ein paar Äste gewachsen?

• In welcher Zeitspanne wird die Tanne abgebremst? (Berechne dazu zuerst den Impuls der Tanne und wie stark die Spanngurte an der Tanne ziehen.)