Kraft, Masse und Beschleunigung — Naturwissenschaften, 14–17 Jahre

Eine resultierende Kraft verändert die Bewegung eines Körpers. Die Änderung ist bei grösserer Kraft grösser und bei grösserer Masse kleiner: F = m × a.

Idee

Beschleunigung bedeutet, dass sich die Geschwindigkeit ändert: Ein Körper kann schneller oder langsamer werden oder abbiegen. Die resultierende Kraft ist der gesamte Schub oder Zug nach dem Verrechnen entgegengesetzter Kräfte. Newtons zweites Gesetz verbindet beides: Kraft ist Masse mal Beschleunigung, F = m × a.

Warum es wichtig ist

Man konnte beobachten, dass ein Schub die Bewegung ändert, musste aber vorhersagen können, wie stark. Das Gesetz berücksichtigt dafür sowohl den Schub als auch den Widerstand des Körpers gegen eine Änderung, also seine Masse. Es erklärt, warum derselbe Schub einen leeren Wagen leichter bewegt als einen beladenen.

Beispiel

Ein Wagen mit 4 kg wird mit einer resultierenden Kraft von 12 N gezogen. Verwende F = m × a. Stelle nach a = F ÷ m um und setze ein: a = 12 N ÷ 4 kg = 3 m/s². In jeder Sekunde ändert sich seine Geschwindigkeit um 3 Meter pro Sekunde in Richtung der resultierenden Kraft.

Häufiger Fehler

Man denkt leicht, ein bewegter Körper müsse eine Kraft nach vorn haben. Das wirkt logisch, weil eine Bewegung oft durch einen Schub beginnt. Sind die Kräfte aber ausgeglichen, bewegt sich der Körper mit gleichbleibender Geschwindigkeit; nur eine resultierende Kraft ändert Tempo oder Richtung.

Ausserhalb der Schule

Dieser Zusammenhang hilft beim Entwickeln von Autobremsen, Aufzügen, Sportgeräten und Raumfahrzeugen. Die Masse eines Autos und die verfügbare Reifenkraft beeinflussen, wie schnell es anhalten kann. Im Sport verändert eine andere Ballmasse oder Schusskraft die Beschleunigung, nicht nur das Endtempo.

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