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Physik Step 20 (neu)

Lernkarten zu Step 20 des Grundlagenfachs Physik: Experimente in der Simulation (Zerlegung einer Kraft in Komponenten, schiefer Wurf, 2. Newton'sches Gesetz).

Lernkarten zu Step 20 des Grundlagenfachs Physik: Experimente in der Simulation (Zerlegung einer Kraft in Komponenten, schiefer Wurf, 2. Newton'sches Gesetz).

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Sprache
Deutsch
Kategorie
Physik
Stufe
Mittelschule
Erstellt / Aktualisiert
23.10.2026 / 23.10.2026
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Lernkarten

Wie zerlegt man eine Kraft F, die unter dem Winkel α zur x-Achse wirkt, in zwei Komponenten?

F_x = F ⋅ cos α (parallel zur x-Achse) und F_y = F ⋅ sin α (senkrecht dazu) – beide Komponenten zusammen haben dieselbe Wirkung wie F.

Wie berechnet man aus den beiden Komponenten F_x und F_y wieder den Betrag der Kraft F?

Mit dem Satz des Pythagoras: F = √(F_x² + F_y²), weil die Komponenten senkrecht aufeinander stehen.
Warum zerlegt man eine Kraft in zwei Komponenten, z. B. auf der schiefen Ebene?

Um ihre Wirkung in zwei Richtungen getrennt zu beurteilen: Die Komponente parallel zur Ebene (F_G ⋅ sin α) treibt den Körper an, die Komponente senkrecht zur Ebene (F_G ⋅ cos α) wird von der Unterlage als Normalkraft aufgefangen.

Wie ändern sich die beiden Komponenten, wenn der Winkel α zwischen Kraft und x-Achse grösser wird?

F_x = F ⋅ cos α wird kleiner, F_y = F ⋅ sin α wird grösser; bei α = 0° wirkt die ganze Kraft in x-Richtung, bei α = 90° ganz in y-Richtung.

Aus welchen zwei Teilbewegungen setzt sich der schiefe Wurf zusammen?

Horizontal eine gleichförmige Bewegung (v_x konstant, keine Kraft) und vertikal eine gleichmässig beschleunigte Bewegung mit a = g nach unten (freier Fall); beide laufen unabhängig voneinander ab.

Wie zerlegt man die Abwurfgeschwindigkeit v₀ beim schiefen Wurf mit Abwurfwinkel α?

v_x = v₀ ⋅ cos α (bleibt konstant) und v_y = v₀ ⋅ sin α (nimmt durch g ab, ist im höchsten Punkt null).
Welche Bahnform hat ein schief geworfener Ball, und was gilt im höchsten Punkt?

Eine Parabel (Wurfparabel); im höchsten Punkt ist die vertikale Geschwindigkeit v_y = 0, der Ball bewegt sich dort nur noch horizontal mit v_x.

Unter welchem Abwurfwinkel fliegt ein Ball bei Abwurfhöhe 0 m am weitesten, und hängt dieser Winkel von der Abwurfgeschwindigkeit ab?

Bei 45°. Der optimale Winkel ist unabhängig von der Abwurfgeschwindigkeit – eine grössere Geschwindigkeit vergrössert nur die Weite.

Abwurfhöhe 2,0 m, Anfangsgeschwindigkeit 5 m/s: Welcher Abwurfwinkel ergibt in der Simulation die grösste Weite?

Etwa 32°, also flacher als 45°. Bei anderen Abwurfhöhen oder Geschwindigkeiten hat der optimale Winkel andere Werte.

Warum ist der optimale Abwurfwinkel bei einer Abwurfhöhe über 0 m kleiner als 45°?

Nach dem erneuten Erreichen der Abwurfhöhe fliegt der Ball noch weiter nach unten. Ein steil geworfener Ball sinkt dort steil, ein flach geworfener gewinnt auf diesem letzten Stück noch zusätzliche Weite – darum lohnt sich ein flacherer Winkel.
Wie lautet das 2. Gesetz von Newton (Kraftwirkungsgesetz)?

F_res = m ⋅ a: Die resultierende Kraft auf einen Körper ist gleich Masse mal Beschleunigung; a zeigt in Richtung von F_res.

Was zeigt der Fahrbahnversuch zum 2. Gesetz von Newton, wenn man die Zugkraft verdoppelt bzw. die Masse verdoppelt?

Doppelte Zugkraft (bei gleicher Masse) → doppelte Beschleunigung (a ∼ F). Doppelte Masse (bei gleicher Kraft) → halbe Beschleunigung (a ∼ 1/m).

Fahrbahnversuch: Ein Wagen (Masse m_W) wird über eine Umlenkrolle von einer hängenden Zugmasse m_K beschleunigt. Wie gross ist die Beschleunigung (ohne Reibung)?

Die Gewichtskraft der Zugmasse beschleunigt das ganze System: a = m_K ⋅ g / (m_K + m_W) – beide Massen bewegen sich gleich schnell, weil sie über die Schnur gekoppelt sind.

Warum ist im Fahrbahnversuch die Seilkraft kleiner als die Gewichtskraft der Zugmasse?

Weil die Zugmasse selbst nach unten beschleunigt wird: Für sie gilt m_K ⋅ g – F_S = m_K ⋅ a, also F_S = m_K ⋅ (g – a) < m_K ⋅ g.

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