Zusammenwirken von Kräften und Kräftegleichgewicht

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Versuch: Kräfte(un)gleichgewicht auf dem Bürostuhl (Als Animation)

Kräftegleichgewicht Bürostuhl Aufbau.png
Aufbau

a) Anton sitzt auf einem Bürostuhl mit Rollen und streckt die Arme nach rechts und links. In den Händen hält er je ein Seil. Berta und Carla ziehen an den Seilen nach rechts, bzw. nach links.
b) Anton auf dem Stuhl nimmt Kraftmesser in die Hand, die an den Seilen befestigt werden.

Beobachtung

a) Anton fühlt wie er auseinander gezogen wird. Manchmal bewegt sich der Stuhl mit Anton nach rechts, manchmal nach links und manchmal bleibt der Stuhl stehen.
b) Wenn beide Kraftmesser das gleiche anzeigen, bleibt der Stuhl stehen. Zeigt ein Kraftmesser eine größere Kraft als der andere an, so fängt der Stuhl an sich zu bewegen.

Erklärung

Sind die Kräfte nach links und rechts entgegengesetzt gleich groß, so heben sie sich auf. ("Kräftegleichgewicht") Die Summe der Kräfte ist Null. Anton steht zwar unter Zugspannung, bleibt aber in Ruhe. Ist die Kraft zu einer Seite etwas größer als die andere, so ist die Summe der Kräfte ist nicht mehr Null. Der Stuhl bewegt sich in die Richtung der größeren Kraft.

Versuch: Tasche festhalten und loslassen

Aufbau

Man hält eine Tasche "in die Luft". Dann läßt man los.

Beobachtung

Zunächst bleibt die Tasche in Ruhe, nach dem Loslassen setzt sie sich nach Unten in Bewegung.

Erklärung

Man schneidet die Tasche aus der Umgebung frei. Die Gewichtskraft zieht die Tasche nach unten, mit der entgegengesetzt gleichgroßen Kraft drückt die Hand gegen die Halteschlaufe. Die Tasche ist im Kräftegleichgewicht, die Kraftsumme ist Null.

Nach dem Loslassen wirkt nur noch die Gewichtskraft. Die Tasche ist nicht mehr im Kräftegleichgewicht und beginnt sich nach unten zu bewegen.

  • Man addiert Kräfte, indem man die Kraftpfeile aneinanderlegt.
  • Bei entgegengesetzt gleichgroßen Kräften ist die Summe der Kräfte Null. ("Kräftegleichgewicht")
  • Im Kräftegleichgewicht wird ein Gegenstand zusammengedrückt oder auseinandergezogen, aber er setzt sich nicht in Bewegung.
  • Ist eine Kraft größer als die andere, so ist die Kraftsumme nicht mehr Null. Der Gegenstand fängt an sich zu bewegen.

Links

  • Simulation: Tauziehen Käftegleichgewicht, Kraft und Bewegung (PhET "Interactive Simulations" der University of Colorado at Boulder)