Darstellung von Kräften

Alle bisher verwendeten Größen bestanden aus Zahlenwert und Einheit. Damit kann man in bekannter Weise rechnen. Bei Kräften verhält es sich anders. Man kann gelegentlich riesige Kräfte aufwenden, ohne dass damit eine besondere Wirkung erzielt wird. Dieser Abschnitt soll etwas Licht in die Sache mit verpufften Kräften bringen.

Gerichtete Größen

Zusammensetzung von Kräften

Zerlegung von Kräften

Wiederholung

Gerichtete Größen

Eine Kraft ist bestimmt durch:

Angriffspunkt
Richtung und
Stärke (Zahlenwert und Einheit)

Im folgenden sind drei Möglichkeiten dargestellt, einen Wagen zu bewegen oder nicht.

Darstellung der Kraft

Eine Kraft wird als Pfeil (math: Vektor) gezeichnet. Somit ist ihre Wirkungsrichtung zeichnerisch dargestellt. Die Stärke wird in der maßstäblichen Länge des Pfeiles dargestellt.

Zusammensetzung von Kräften

1. Gleichgerichtete Kräfte

Wenn wir uns vor der Kutsche zwei Pferde vorstellen, die in die selbe Richtung ziehen, können die Kräfte F₁ und F₂ addiert werden. Die Darstellung der Addition von Kräften sieht wie folgt aus:

2. Entgegengerichtete Kräfte

Angenommen die Kutsche wird von den zwei Pferden gezogen (F₂), und bekommt Gegenwind (-F₁). Die Darstellung der Subtraktion von Kräften sieht dann so aus:

3. Verschieden gerichtete Kräfte

Wenn die zwei Pferde nicht in die selbe Richtung laufen, muss zeichnerisch wie folgt addiert werden. Dabei entsteht das sogenannte "Kräfte-Parallelogramm":

Zerlegung von Kräften

Warum werden vor jeden Absatz Rampen gestellt, um den Höhenunterschied mit einem Wagen zu überwinden. Die Antwort ist aus der Zeichnung zu ersehen. Die Gewichtskraft G wird durch die Steigung wie in zwei sogenannte Komponenten zerlegt:

F₂ ist die "Normalkraft" und für die Reibung maßgebend. F₁ ist die deutlich kleinere Kraft. Sie ist notwendig, um die Kutsche mit dem Gewicht G über die Rampe hoch zu ziehen.

Das Zerlegen der Gewichtskraft ist nichts weiter als der umgekehrte Vorgang des Zusammensetzens. Würde die Kutsche nicht nach oben gezogen, wirkte nur die Kraft -F₁ nach unten. Die Kutsche würde demnach mit dieser Kraft nach unten beschleunigt.

-F₁ und F₂ zusammen ergeben G. F₁ neutralisiert -F₁, wodurch die Kutsche mindestens stehen bleibt (Statik).


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