04 Dynamik

Newtonsche Axiome, Kraft in und normal zur Bewegungsrichtung, Zug- und Druckspannung, Reibungskraft

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Über diese Lernkartei

Diese Lernkarten behandeln die Grundlagen der Dynamik in der Physik und sind für den Mittelschulunterricht geeignet. Sie erklären die drei Newtonschen Axiome, die Rolle von Kraft und Gegenkraft, sowie die verschiedenen Arten von Reibung wie Haft-, Gleit- und Rollreibung. Die Karteikarten zeigen auch, wie Kräfte auf Körper wirken, wie sie beschleunigt oder verzögert werden, und wie die Reibungskraft berechnet wird. Ideal für Schüler, die die Grundlagen der Dynamik verstehen und anwenden möchten.

Karten

Lernende

Sprache

Deutsch

Kategorie

Physik

Stufe

Mittelschule

Erstellt / Aktualisiert

12.11.2013 / 12.12.2025

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Wie lautet das 1te Newtonsche Axiom (=Trägheitssatz) in Worten?

Axiom 1: \(F = 0N \Rightarrow a = 0\frac{m}{s^2} \Rightarrow v = konstant\)

Wirkt auf einen Körper keine Kraft, so verharrt er in Ruhe oder gleichförmig geradliniger Bewegung.

Wie lautet das 2te Newtonsche Axiom (=dynamisches Grundgesetz) in Worten?

Axiom 2: \(F = m \cdot a \Rightarrow a = \frac{F}{m}\)

Jede Beschleunigung kommt durch eine Krafteinwirkung auf einen Körper zustande.

Wie lautet das 3te Newtonsche Axiom (=Wechselwirkungsgesetz) in Worten?

Wirkt ein Körper mit einer Kraft auf einen 2ten Körper ein, so wirkt der 2te Körper mit einer gleich großen aber entgegengesetzt gerichteten Kraft auf den 1ten Körper ein.

Kräfte treten immer paarweise auf.
Kraft und Gegenkraft greifen an verschiedenen Körpern an.

Welche Eigenschaften hat die Reibungskraft?

wirkt zwischen 2 Flächen

wirkt immer entgegen der Bewegungsrichtung

wirkt immer normal zur Bewegungsrichtung

ist Ursache für eine positive Beschleunigung

ist Ursache für eine negative Beschleunigung

Wie lautet die Formel für die Reibungskraft?

\(F_R = µ \cdot F_N\)

µ ... Reibungskoeffizient

F_N... Normalkraft

F_R ... Reibungskraft

In welche Richtung wirkt die Zentrifugalkraft (Scheinkraft)?

Die Zentrifugalkraft wirkt nach außen. Es ist eine Scheinkraft.

Welche Arten der Reibung gibt es?

Haftreibung: F_HR= µ_HR ^.F_N
Gleitreibung: F_GR= µ_GR^.F_N
Rollreibung: F_RR = µ_RR^.F_N

Es gilt: µ_HR > µ_GR >>µ_RR

Durch was wird in diesem Bild eine Zentripetalkraft hervorgerufen?

Durch die Haftreibung

\(F_{Haftreibung} = F_{Zentripetal}\)

\(µ_{HR} \cdot F_N = m \cdot \frac{v^2}{r}\)

hier mit \(F_N = F_G\) weil horizontal

Beobachtung

Ein Becher, ein Pappdeckel, ein Stückchen Holz und eine Münze sind übereinander gestapelt (Abbildung1).
Wird nun der Pappdeckel herausgezogen (Abbildung 2) fliegt die Münze in den Becher (Abbildung 3). Erkläre diesen Vorgang aus Sicht der Münze physikalisch.

Beschreibung

Abbildung 1

Die Münze drückt mit der Gewichtskraft auf die Halterung.
Die Halterung drückt mit einer gleichgroßen aber entgegengesetzten Kraft dagegen (Wechselwirkungsgesetz).
⇒Die Summe aller Kräfte auf die Münze ist Null.
⇒Die Münze ruht (Trägheitssatz).

Abbildung 2

Wird der Pappdeckel mit der Halterung schnell horizontal entfernt, fällt die Gegenkraft weg und die verbleibende Gewichtskraft beschleunigt die Münze nach unten (dynamisches Grundgesetz)

Abbildung 3

Die Münze ruht da die Summe aller Kräfte Null ist (Gegenkraft des Bechers).

Was passiert mit einem Körper, der sich mit einer Geschwindigkeit fortbewegt, wenn eine Kraft parallel bzw. antiparallel zur Bewegungsrichtung wirkt?

Wenn die Kraft in Bewegungsrichtung wirkt (\(F_p\)), dann wird der Körper beschleunigt.

Wenn die Kraft entgegen der Bewegungsrichtung wirkt (\(F_{ap}\)), dann wird der Körper verzögert bzw abgebremst.

Wie berechnet sich die Zugspannung auf einen Körper?

\(\sigma_{Zugspannung} = \frac{F}{A}\)

\([\sigma]=1 {N \over m²} = 1 Pa\)

Der Körper "reagiert" auf die Kraft mit einer Zugspannung.

Um eine Masse auf einer Kreisbahn zu halten, benötigt man eine Zentripetalkraft. Wie ist diese definiert ?

\(F_Z=m\cdot a_Z=m\cdot r\cdot \omega^2=m\cdot \frac{v^2}{r}\)

Wie ist die Druckspannung definiert ?

\(\sigma_{Druckspannung} = {F \over A}\)

\([\sigma] = [{F\over A}] = 1{N\over m^2}\)

Die Kraft erzeugt einen Druck auf den Festkörper. Der Festkörper "reagiert" mit einer Druckspannung.

Erkläre, was "mitdenkende Haftreibung" bedeutet.

Die "mitdenkende Haftreibung" ist eine Eigenschaft der Haftreibung, dass bis zum Übergang in die Gleitreibung, die Haftreibungskraft gleich groß wie die beschleunigende Kraft ist.

Welcher der Eis-Blöcke (\(\Rightarrow\) Reibung kann vernachlässigt werden) erreicht zuerst über die Schräge den Boden und wieso?

Der Block A erreicht zuerst den Boden, weil der zurückgelegte Weg kürzer ist.

Der Block B erreicht zuerst den Boden, weil der zurückgelegte Weg kürzer ist.

Beide Blöcke erreichen den Boden zur selben Zeit.

Wovon hängt der Reibungskoeffizient \(\mu\) ab?

Geschwindigkeit

Material

Masse des Körpers

Oberflächenbeschaffenheit

Art der Reibung

Wie lauten Formel und Einheit für den Druck?

\(p = {F \over A}\)

\([ \ p \ ] = 1 \ {N \over m^2} = 1 \ Pascal = 1 \ Pa\)

Wann tritt die Haftreibung auf?

Die Haftreibung tritt auf, wenn zwei Körper gegeneinander verschoben werden sollen.

Bemerkung: \(F_{HR} = µ_{HR} \cdot F_N\)

Wann tritt die Gleitreibung auf?

Die Gleitreibung tritt auf, wenn zwei Körper gegeneinander verschoben werden (= gleiten, rutschen).

Bemerkung: \(F_{GR} = µ_{GR} \cdot F_N\)

Wann tritt die Rollreibung auf?

Die Rollreibung tritt auf, wenn ein Körper auf einem anderen Körper abrollt.

Bemerkung: \(F_{RR} = µ_{RR} \cdot F_N\)

Was passiert mit diesem Körper?

Der Körper wird beschleunigt.

Der Körper wird abgebremst.

Der Körper bewegt sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit,

Welche Aussagen treffen zu?

Wird die Geschwindigkeit verdoppelt, so wird die Kraft vervierfacht.

Wird die Geschwindigkeit halbiert, so wird die Kraft verdoppelt.

Wird die Geschwindigkeit verdreifacht, so wird die Kraft verneunfacht.

Wird die Geschwindigkeit verneunfacht, so wird die Kraft verdreifacht.

Wird die Geschwindigkeit halbiert, so wird die Kraft geviertelt.

Ein Fahrzeug (m=1000 kg) wird aus dem Stillstand auf 10 m/s beschleunigt. Welche Antriebskraft ist erforderlich, wenn die Beschleunigungsstrecke 10 m beträgt?

\(v=\sqrt{2\cdot a\cdot s}\)

\(\Rightarrow a={v²\over{2\cdot s}}=5{m\over s²}\)

\(F=m\cdot a =5000N\)

Die Reibung bei Luftkissenbahnen ist besonders gering.
Welche Erklärung ist hierfür richtig?

Die Gleitreibung verteilt sich auf eine sehr große Fläche und ist deshalb sehr gering.

Das Gewicht des Fahrzeugs ist besonders gering.

Die Geschwindigkeit der Bahn ist so groß, dass die Gleitflächen sich immer nur für sehr kurze Zeit berühren.

Da die Bahn keine Räder hat, entfällt die Rollreibung.

Das Luftpolster verhindert, dass die Gleitbahn und das Fahrzeug sich unmittelbar berühren.

Welches Newtonsche Axiom gibt es nicht?

Trägheitssatz

Reibungsgesetz

Wechselwirkungsgesetz

Dynamisches Grundgesetz

Wie heißt dieses Lager?

Kugellager

Wie heißt diese Lager?

Rollenlager

Was versteht man in der Physik unter Dynamik?

Dynamik ist die Lehre der Bewegung unter berücksichtigung der auftretenden Kräfte.

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