Kraft als Wechselwirkung — Kräfte erkennen
Bei welcher Bewegung ändert sich der Bewegungszustand — es wirkt also eine resultierende Kraft?
Erklärung: Eine resultierende Kraft ändert die Bewegung — Tempo oder Richtung. In der Kurve ändert sich die Richtung. Geradlinig-gleichförmige Bewegung dagegen braucht keine resultierende Kraft (der Irrtum „Bewegung braucht Kraft").
Ein Eishockey-Puck gleitet über spiegelglattes Eis geradeaus weiter. Damit er in Bewegung bleibt, muss ständig eine Kraft auf ihn wirken.
Erklärung: Nein — das ist die Alltagsvorstellung „Bewegung braucht Kraft". Ohne Reibung bleibt der Puck von allein in Bewegung. Eine Kraft ist nur nötig, um die Bewegung zu ändern: schneller, langsamer oder in eine andere Richtung.
Ein Ball wurde senkrecht hochgeworfen und steigt gerade nach oben. Welche Kraft wirkt auf ihn (Luftwiderstand vernachlässigt)?
Erklärung: Die Hand kann nur wirken, solange sie den Ball berührt. Nach dem Loslassen steckt keine „mitgegebene Wurfkraft" im Ball (Impetus-Irrtum) — es wirkt nur noch die Gewichtskraft.
Beim Abwurf gibt die Hand dem Ball eine Kraft mit, die im Ball steckt und sich beim Steigen langsam verbraucht.
Erklärung: Kräfte kann man nicht „mitgeben" oder speichern — sie existieren nur, solange zwei Körper aufeinander einwirken. Der Ball hat nach dem Abwurf Geschwindigkeit und Bewegungsenergie, aber keine gespeicherte Kraft.
Ein FuĂźball prallt gerade gegen eine Wand und wird dabei eingedrĂĽckt. Wer sind die beiden Wechselwirkungspartner der Kraft, die den Ball eindrĂĽckt?
Erklärung: Kraft ist eine Wechselwirkung zwischen zwei Körpern. Beim Eindrücken sind das Ball und Wand. Der Fuß ist nicht mehr beteiligt — er hat den Ball längst losgelassen. Ein Körper allein kann keine Kraft „haben".
Ein Buch liegt ruhig auf dem Tisch. Die Erde zieht es nach unten. Welche Aussage über die Kräfte stimmt?
Erklärung: Auch ein „passiver" Tisch übt eine Kraft aus — er ist winzig verformt und drückt wie eine gespannte Feder zurück. Gewichtskraft nach unten und Tischkraft nach oben halten das Buch in Ruhe.
Kräfte erkennt man an zwei Wirkungen: an einer Bewegungsänderung oder an einer ___ des Körpers.
Erklärung: Eine Kraft kann einen Körper verformen (die Feder dehnt sich, der Ball wird eingedrückt) oder seine Bewegung ändern. An diesen beiden Wirkungen — und nur an ihnen — erkennt man Kräfte.
Ein Fahrrad rollt auf ebener StraĂźe aus und wird langsamer. Was ist die Ursache?
Erklärung: Nicht das Fehlen einer Antriebskraft bremst und nicht eine „verbrauchte Kraft" (Impetus), sondern echte Gegenkräfte — Reibung und Luftwiderstand. Ohne sie würde das Fahrrad ewig weiterrollen.
Ein Auto fährt mit konstantem Tempo geradeaus. Auf das Auto wirkt insgesamt keine resultierende Kraft.
Erklärung: Richtig — Antriebskraft und Widerstandskräfte gleichen sich genau aus. Für gleichbleibende Bewegung ist keine überschüssige Kraft nötig, nur für Bewegungsänderung.
Welche Situation zeigt eine Kraft, die NUR die Richtung der Bewegung ändert, nicht das Tempo?
Erklärung: Auch eine reine Richtungsänderung ist eine Bewegungsänderung und braucht eine Kraft — hier zieht die Schnur ständig zur Mitte, obwohl das Tempo gleich bleibt. Bremsen und Fallen ändern dagegen das Tempo.
Ein Magnet zieht einen Eisennagel an. Was gilt für die beiden Kräfte?
Erklärung: Wechselwirkung heißt immer beidseitig — Kräfte treten paarweise auf, gleich groß und entgegengesetzt. Es gibt keinen „stärkeren" oder „aktiven" Partner. Kräfte können auch ohne Berührung wirken.
Zu jeder Kraft gehören zwei Körper. Beim fallenden Apfel sind die beiden Wechselwirkungspartner der Apfel und die ___.
Erklärung: Die Gewichtskraft ist die Anziehung zwischen Apfel und Erde. Der Apfel zieht die Erde ebenso stark an, nur bewegt sich die riesige Erde dabei nicht messbar.
Ein ruhender Körper kann trotzdem unter dem Einfluss mehrerer Kräfte stehen.
Erklärung: Ja — Ruhe bedeutet nur, dass sich die Kräfte gegenseitig ausgleichen, wie beim Buch auf dem Tisch oder beim Tauziehen mit Gleichstand.
Lea sagt: „Der Ball rollt noch, also wirkt noch die Kraft vom Schuss." Was ist an dieser Aussage falsch?
Erklärung: Eine Kraft existiert nur, solange die Wechselwirkung besteht. Nach dem Schuss wirken auf den rollenden Ball nur noch Gewichtskraft, Bodenkraft und Reibung — die Reibung bremst ihn allmählich ab. Die Schusskraft ist keine gespeicherte Größe.
Ein Kran hebt eine Last mit gleichbleibender Geschwindigkeit senkrecht nach oben. Dabei ist die Seilkraft größer als die Gewichtskraft der Last.
Erklärung: Bei gleichbleibender Geschwindigkeit ist die Bewegung unverändert, also heben sich die Kräfte auf — Seilkraft und Gewichtskraft sind gleich groß. Eine größere Kraft wäre nur nötig, um die Last zu beschleunigen, nicht um sie gleichförmig zu heben.