Kräfte und Newtonsche Gesetze: Lernleitfaden

Kernideen

Die newtonschen Gesetze verbinden Kraft und Bewegung. Die resultierende Kraft auf einen Körper ist gleich Masse mal Beschleunigung, und jede Kraft hat eine gleich große, entgegengesetzte Gegenkraft, die auf einen anderen Körper wirkt.

• Zeichne ein Freikörperbild mit allen Kräften auf den Körper und addiere sie als Vektoren: ΣF = ma, getrennt für jede Achse.
• Die Gewichtskraft ist mg und zeigt nach unten. Die Normalkraft steht senkrecht zur Fläche und ist nicht immer gleich der Gewichtskraft.
• Die Gleitreibung ist μ_G N und wirkt dem Gleiten entgegen. Die Haftreibung passt sich bis höchstens μ_H N an.
• Auf der schiefen Ebene zerlegst du die Gewichtskraft in mg sin θ entlang der Ebene und mg cos θ senkrecht dazu.

Wichtige Gleichungen

• ΣF = ma
• W = mg
• f = μN
• a = g sin θ (frictionless incline)
• F = kx (Hooke’s law)

Durchgerechnetes Beispiel

Eine 10-kg-Kiste rutscht eine 30°-Ebene hinunter mit μ_G = 0,20 (g = 9,8 m/s²). Entlang der Ebene: mg sin θ = 10 × 9,8 × 0,5 = 49 N. Reibung: μ_G mg cos θ = 0,20 × 10 × 9,8 × 0,866 = 17 N. Die Nettokraft ist 32 N, also a = 32 ÷ 10 = 3,2 m/s².

Häufige Fehler

• Die Normalkraft immer gleich mg setzen. Auf der schiefen Ebene oder mit zusätzlichen vertikalen Kräften ist sie anders.
• Actio und Reactio als zwei Kräfte auf denselben Körper behandeln. Sie greifen an verschiedenen Körpern an und heben sich nie auf.
• In der Reibungsformel die Gewichtskraft statt der Normalkraft einsetzen.

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