Zusammenwirken von Kräften und Kräftegleichgewicht
Was passiert, wenn man auf einer Seite losläßt?
Mit welcher Kraft muss die Gewichtheberin nach oben drücken?
Dieser Luftballon wird von zwei Seiten gedrückt.
Gleich trifft der Fuß auf den Ball...
Versuch: Kräfte(un)gleichgewicht auf dem Bürostuhl
- Aufbau
a) Eine Person sitzt auf einem Bürostuhl mit Rollen und streckt die Arme nach rechts und links. In den Händen hält sie je ein Seil. Zwei weitere Personen ziehen an den Seilen nach rechts, bzw. nach links.
b) Die Person auf dem Stuhl nimmt Kraftmesser in die Hand, die an den Seilen befestigt werden.
- Beobachtung
a) Die Person auf dem Stuhl fühlt wie sie auseinander gezogen wird. Manchmal bewegt sich der Stuhl mit Person 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. Die mittlere Person 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.
Um die Kräfte auf die Person mit Stuhl genauer zu beschreiben, schneidet man sie mit dem Stuhl von der Umgebung frei und zeichnet Kraftpfeile ein.
Es wirken an den Händen Kräfte nach links und rechts. Die Gewichtskraft zieht nach unten und an den Rollen des Stuhls wirken Kräfte, die den Stuhl nach oben drücken. Hat die Person mit Stuhl eine Masse von 60kg, so wirkt eine Gewichtskraft von ca. 600N nach unten. Bei zwei Rollen müssen also pro Rolle 300N nach oben drücken.
Legt man die Kraftpfeile aneinander, so sieht man, dass sowohl horizontal als auch vertikal die Kraftsumme Null ist.
Hier zieht die linke Person stärker als die rechte Person.
In vertikaler Richtung herrscht noch Kräftegleichgewicht. In horizontaler Richtung herrscht kein Kräftegleichgewicht.
Die Summe der horizontalen Kräfte (blauer Pfeil) ist eine Kraft nach links. Der Stuhl beginnt sich nach links zu bewegen.
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.
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