Auf einem Tisch liegt ein runder Stabmagnet. Von beiden Seiten werden ihm zwei weitere Stabmagnete genähert. Wenn man es richtig anstellt, bleibt der mittlere Magnet in Ruhe.
Obwohl hier Kräfte wirken, ändert sich der Bewegungszustand von M2 nicht. Das liegt daran, dass sich die bewegungsändernden Wirkungen der Kräfte gegenseitig aufheben.
Eine andere alltägliche Situation: Sie halten eine Tasche. Auf die Tasche wirkt die nach unten gerichtete Gewichtskraft. Zusätzlich üben Sie eine Kraft nach oben aus. Auch hier heben sich die bewegungsändernden Wirkungen der Kräfte auf; der Bewegungszustand der Tasche ändert sich nicht.
| Wenn an einem Körper gleichzeitig mehrere Kräfte angreifen
und sich ihre bewegungsändernden Wirkungen gegenseitig aufheben, sagt
man:
Der Körper ist im Kräftegleichgewicht. |
Kräftegleichgewicht bedeutet nicht, dass der sich im Kräftegleichgewicht befindliche Körper auch im Zustand der Ruhe befinden muss. Wenn Sie mit gleichbleibender Geschwindigkeit geradeaus fahren, wird dauernd Benzin verbraucht, obwohl sich der Bewegungszustand des Autos nicht ändert. Dennoch muss der Motor dauernd eine Kraft ausüben, die der Reibungskraft, der das Fahrzeug unterliegt, zu überwinden. Antriebskraft und Reibungskraft (Rollreibung der Reifen und Luftwiderstand) heben sich gegenseitig auf.
Übung 1:
1. Wenn ein Fallschirmspringer aus dem Flugzeug springt, nimmt seine
Geschwindigkeit zunächst rasch zu. Nach etwa 10 s erreicht er, noch
bei geschlossenem Fallschirm, eine bestimmte Höchstgeschwindigkeit
(ungefähr 200 km/h). Sein Bewegungszustand ändert sich dann nicht
mehr. Kurz nachdem der Fallschirm entfaltet ist, fällt er mit einer
Geschwindigkeit von 20 km/h.
Erläutern Sie, wie es zu diesem Bewegungsablauf kommt.
2. Ein Flugzeug fliegt mit gleichbleibender Geschwindigkeit in konstanter
Flughöhe.
a) Fertigen Sie eine Skizze an und tragen Sie folgende Kraftpfeile
ein:
* Antriebskraft der Flugzeugmotoren
* Gewichtskraft auf das Flugzeug
* Reibungskraft.
b) Es muss noch eine vierte Kraft auf das Flugzeug wirken. Wieso? Welche
Kraft ist das?
c) Was geschieht, wenn die Antriebskraft vergrößert wird?
Der Bewegungszustand eines Körpers im Kräftegleichgewicht ändert sich zwar nicht, er wird aber durch die einwirkenden Kräfte mehr oder weniger stark verformt. Durch diese Verformung unterscheidet sich der Zustand des Kräftegleichgewichts von dem Zustand, in dem keine Kräfte auf den Körper wirken.
| Als elastische Körper bezeichnet man Körper, die ihre ursprüngliche Form wieder annehmen, wenn die verformenden Kräfte nicht mehr wirken. |
Beispiele für elastische Körper sind Schrauben- und Blattfedern, aber auch Bäume und Regalbretter.
Wenn eine Kugel an eine Schraubenfeder gehängt wird, wird die Feder verformt. Je größer die Gewichtskraft auf die Kugel ist, desto stärker ist auch die Verformung der Feder. Dass auch hier ein Kräftegleichgewicht eintritt, lässt sich wie folgt erklären:
| Wenn ein elastischer Körper verformt wird, entsteht in seinem Innern eine Rückstellkraft, die der Verformung entgegenwirkt. Je stärker die Verformung, desto größer ist auch die Rückstellkraft. |
Übung 2:
1. Zählen Sie elastische und nicht-elastische Körper aus Ihrer Alltagserfahrung auf.
2. Vergleichen Sie den Aufprall eines Massiv-Gummiballs ("Flummi") auf eine asphaltierte Fläche und auf Rasen.