Newton'sche Gesetze

Newton's Laws of Motion

Physik Klasse 8 17 Aufgaben

MechanikNewtonKraftTrägheit

Ein Körper behält seine Geschwindigkeit bei, solange keine resultierende Kraft wirkt (Trägheitssatz); die Masse ist das Maß für diese Trägheit. Das zweite Newton'sche Gesetz verknüpft Kraft und Beschleunigung: F = m·a, gleichwertig als Kraftstoß F·Δt = m·Δv geschrieben — eine Kraft ändert also die Bewegung, sie hält sie nicht aufrecht. Damit fallen zwei zähe Fehlvorstellungen: „Bewegung braucht Kraft" (wer so denkt, rechnet systematisch falsch) und „doppelte Kraft heißt doppelte Geschwindigkeit" — die Kraft bestimmt die Beschleunigung, nicht die Geschwindigkeit (F ∝ a, nicht F ∝ v; Hestenes' Force Concept Inventory 1992). Anwendungen: Anfahren, Bremsweg, Sicherheitsgurt und Airbag. Trägt Kräfteaddition, Impuls und die Dynamik der Oberstufe.

Voraussetzungen (2)

Kraft als Wechselwirkung — Kräfte erkennen

Ermöglicht (3)

Astronomie – Grundlagen

Kräfte und Gleichgewicht

Klasse 8

›

Leicht

Zahleneingabe #1 15s ▶ Testen

Welche Kraft (in Newton) ist nötig, um einen Körper mit der Masse 5 kg mit 2 m/s² zu beschleunigen?

✓ Antwort: 10

F = m · a = 5 kg · 2 m/s² = 10 N.

Zahleneingabe #2 18s ▶ Testen

Eine Kraft von 600 N wirkt auf ein Auto mit 1200 kg Masse. Wie groß ist die Beschleunigung in m/s²?

✓ Antwort: 0.5

a = F / m = 600 N / 1200 kg = 0,5 m/s².

Lückentext #3 12s ▶ Testen

Die Einheit der Kraft ist ___ (abgekürzt N).

✓ Antwort: Newton

Die Kraft wird in Newton (N) gemessen. 1 N = 1 kg · m/s² — die Kraft, die einen Körper von 1 kg mit 1 m/s² beschleunigt.

Zahleneingabe #4 15s ▶ Testen

Ein Wagen (m = 0,5 kg) wird durch eine Kraft von 2 N beschleunigt. Wie groß ist die Beschleunigung in m/s²?

✓ Antwort: 4

a = F / m = 2 N / 0,5 kg = 4 m/s².

Multiple Choice #5 22s ▶ Testen

Ein voller und ein leerer Einkaufswagen werden aus dem Stand gleich stark angeschoben. Welcher ist schwerer in Fahrt zu bringen?

● Der volle Wagen
○ Der leere Wagen
○ Beide gleich, die Kraft ist ja gleich

Die Masse ist das Maß für die Trägheit. Bei gleicher Kraft erfährt der Wagen mit größerer Masse eine kleinere Beschleunigung (a = F/m) — der volle ist schwerer in Fahrt zu bringen.

Wahr / Falsch #6 15s ▶ Testen

Zwei Wagen werden gleich stark angeschoben — Wagen A wiegt 2 kg, Wagen B wiegt 6 kg. Wagen B ändert seine Geschwindigkeit langsamer. Stimmt das?

✓ Wahr

Richtig. Die Masse ist das Maß für die Trägheit. Aus a = F / m folgt: Bei gleicher Kraft erfährt der schwerere Wagen B eine kleinere Beschleunigung, ändert seine Geschwindigkeit also langsamer als der leichte Wagen A.

Wahr / Falsch #7 15s ▶ Testen

Wenn keine resultierende Kraft auf einen bewegten Körper wirkt, bleibt er stehen.

✓ Falsch

Falsch. Nach dem Trägheitsprinzip bewegt sich ein kräftefreier Körper mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig weiter. Er bleibt nur stehen, wenn er bereits in Ruhe war.

Mittel

Zahleneingabe #1 25s ▶ Testen

Auf einen Körper mit 3 kg wirkt eine konstante Kraft von 12 N. Wie groß ist seine Geschwindigkeit (in m/s) nach 5 Sekunden aus der Ruhe?

✓ Antwort: 20

a = F / m = 12 N / 3 kg = 4 m/s². v = a · t = 4 m/s² · 5 s = 20 m/s.

Zahleneingabe #2 25s ▶ Testen

Ein Ball (m = 0,2 kg) wird beim Abschuss in 0,01 s von 0 auf 20 m/s beschleunigt. Wie groß ist die wirkende Kraft in Newton?

✓ Antwort: 400

F · Δt = m · Δv → F = m · Δv / Δt = 0,2 kg · 20 m/s / 0,01 s = 400 N.

Zahleneingabe #3 22s ▶ Testen

Eine Kraft von 50 N wirkt 0,1 s lang auf einen ruhenden Körper von 2 kg. Welche Geschwindigkeit (in m/s) erreicht er?

✓ Antwort: 2.5

F · Δt = m · Δv → Δv = F · Δt / m = 50 N · 0,1 s / 2 kg = 2,5 m/s.

Zahleneingabe #4 20s ▶ Testen

In einem Beschleunigungsversuch misst man an einem Wagen der Masse 2 kg die Beschleunigung 3 m/s². Wie groß war die wirkende Kraft in Newton?

✓ Antwort: 6

Dynamische Kraftmessung: Aus der gemessenen Beschleunigung folgt F = m · a = 2 kg · 3 m/s² = 6 N.

Multiple Choice #5 25s ▶ Testen

Ein Auto bremst plötzlich, und die Insassen werden nach vorne geschleudert. Was ist die richtige Erklärung?

● Der Körper bewegt sich wegen seiner Trägheit mit der alten Geschwindigkeit weiter
○ Eine Kraft schleudert den Körper nach vorne
○ Der Sicherheitsgurt zieht den Körper nach vorne

Nach dem Trägheitsprinzip behält der Körper seine Geschwindigkeit bei. Das Auto wird langsamer, der Körper aber bewegt sich mit dem alten Tempo weiter — es wirkt keine Kraft nach vorne. Deshalb ist der Gurt so wichtig.

Multiple Choice #6 22s ▶ Testen

Ein LKW und ein PKW fahren mit gleicher Geschwindigkeit. Auf beide wirkt dieselbe Bremskraft. Welches Fahrzeug hat den längeren Bremsweg?

● Der LKW
○ Der PKW
○ Beide gleich lang

Der LKW hat die größere Masse und damit mehr Trägheit. Bei gleicher Bremskraft ist seine Verzögerung kleiner (a = F/m), daher braucht er länger und weiter zum Bremsen.

Multiple Choice #7 20s ▶ Testen

Zwei Wagen werden mit derselben Kraft geschoben. Wagen A hat 2 kg, Wagen B hat 6 kg. Welcher wird stärker beschleunigt?

● Wagen A
○ Wagen B
○ Beide gleich stark

Bei gleicher Kraft gilt a = F / m: Je kleiner die Masse, desto größer die Beschleunigung. Der leichtere Wagen A wird stärker beschleunigt.

Wahr / Falsch #8 20s ▶ Testen

Auf einen Körper wirkt eine konstante Kraft. Dann bewegt er sich mit konstanter Geschwindigkeit.

✓ Falsch

Falsch. Eine konstante Kraft erzeugt eine konstante Beschleunigung (F = m · a) — die Geschwindigkeit wächst also ständig. Die Kraft bestimmt die Beschleunigung, nicht die Geschwindigkeit (F ∝ a, nicht F ∝ v).

Schwer

Multiple Choice #1 28s ▶ Testen

Bei einem Aufprall ändert sich die Geschwindigkeit gleich stark. Ein Airbag verlängert die Bremszeit von 0,01 s auf 0,1 s. Wie ändert sich die Kraft auf den Körper?

● Sie wird etwa zehnmal kleiner
○ Sie wird etwa zehnmal größer
○ Sie bleibt gleich

Aus F · Δt = m · Δv folgt F = m · Δv / Δt: Δv (von der Fahrgeschwindigkeit auf null) liegt fest. Wird Δt zehnmal so groß (0,01 s → 0,1 s), wird F zehnmal kleiner. Deshalb verlängern Gurt und Airbag die Bremszeit; ein kürzeres Δt würde die Kraft vergrößern, ganz ohne Kraft kommt das Abbremsen nie aus.

Zahleneingabe #2 28s ▶ Testen

Ein Ball (m = 0,4 kg) trifft mit 8 m/s auf. Du fängst ihn in 0,2 s ab. Wie groß ist die mittlere Kraft in Newton?

✓ Antwort: 16

F = m · Δv / Δt = 0,4 kg · 8 m/s / 0,2 s = 16 N. Fängst du ihn langsamer ab (größeres Δt), wird die Kraft kleiner — das Prinzip des „weichen" Fangens.