Die Newtonschen Gesetze

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Die Newtonschen Gesetze

• Der Bewegungszustand einer Masse, wie z.B. sein
  Zustand der Ruhe oder der gleichförmig-geradlinige
  n Bewegung, kann nur durch eine einwirkende Kraft
  geändert werden.
• Die Beschleunigung eines Körpers ist der Quotient
  aus der beschleunigenden Kraft und der
  beschleunigten Masse a F/m
• Kräfte beschreiben Wechselwirkungen zwischen zwei
  Partnern actio reactio

Kraftwirkungen
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Die Newtonschen Gesetze

• 1. Trägheitssatz
• z.B. Abbremsen eines LKWs, Anfahren eines
  Zuges, Kaffee einschenken im ICE bei 300 km/h,
  im Flugzeug bei 900 km/h
• Inertialsysteme Systeme, die sich in ihren
  Bewegungsabläufen nicht
  unterscheiden
• 2. Kraftdefinition
• Eine Kraft ist über eine Geschwindigkeitsänderung
  und als Gegenspieler zur Trägheit der Masse
  definiert Einheitenfestlegung
• 3. Wechselwirkungssatz
• Körper können immer nur wechselseitig Kräfte
  aufeinander ausüben, d.h. zu einer Kraft gehören
  immer zwei, der, der die Kraft ausübt, und der,
  auf den sie wirkt.

Kraftwirkungen
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Elastische Kräfte

• Verformende Kraft (actio)z.B. Zugkraft,
  Schwerkraft
• Rückstellkraft (reactio)Kraft, die für die
  Wiederherstellung der ursprünglichen Form der
  Feder sorgt
• Elastischer Fall
  Die von der Feder ausgeübte rücktreibende
  Kraft ist proportional zur Auslenkung
• - F D d
• D Federkonstante materialtypische
  Proportionalitätskonstante Federhärte

Kraftwirkungen
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Elastische Kräfte

• Statischer Fall
  Kräftegleichgewicht Hookesches Gesetz
• Dynamischer FallZusätzliche verformende Kraft
  fällt nach kurzer Zeit wieder weg, rücktreibende
  Kraft und Gewichtskraft überwiegen abwechselnd
  ? Schwingung um die Gleichgewichtslage
• im elastischen Fall harmonische Schwingung
• mit ,

Kraftwirkungen
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Druck

• Druck Kraft auf eine Fläche
• Einheit
• Schweredruck der Atmosphäre
• Gewichtskraft der über einem liegenden Luftmenge
• p0 10 N/cm² (Umrechnungsübung!)

Kraftwirkungen
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Reibungskräfte

• Wechselwirkung zwischen den Oberflächen eines
  (bewegten) Gegenstandes und seines Untergrundes
• Haftreibung Bewegung
  wird verhindert
• Gleitreibung Bewegung
  wird durch eine
• 
  konstante Kraft gebremst
• Dynamische Reibung
  Luftwiderstand
• 
  cw-Wert

Kraftwirkungen
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Reibungskräfte

• Ursache Oberflächenrauhigkeit
• Kleine Unebenheiten der Oberflächen verhaken sich
  und hemmen so die Verschiebung.
• Die Schwerkraft/Gewichtskraft FG drückt den
  Gegenstand in die Unterlage.
• Genauer Die Kraft, die senkrecht auf die
  Unterlage wirkt Normalkraft FN
• Die Reibung wird gekennzeichnet durch den
  Reibungskoeffizienten

Starke Vergrößerung
Verzahnung der Oberflächen bei der Reibung
Kraftwirkungen
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Kraftstoß

• Kurzfristige Beschleunigung z.B. Ball abwerfen
• Kraftwirkung auf ein Teilchen für eine bestimmte
  Zeit
• F t m a t m v (sofern die Kraft
  gleichmäßig über die Zeit t verteilt wirkt)
• Die Größe p m v ist die Erhaltungsgröße
  Impuls
• Impulserhaltung Trägheit der schweren Masse!

Kraftwirkungen
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Kräfte bei der Rotation

• Kräftefreie Bewegung geradlinig, gleichförmig
• Drehbewegung Fortlaufende Richtungsänderung
  aufgrund einer wirkenden Kraft.
• Bei einer Bewegung mit konstanter
  Geschwindigkeit wirkt eine konstante
  Zentralkraft.
• Richtungsänderung auf den Mittelpunkt der
  Kreisbahn hin Zentripetalkraft
• Beispiel Schleuderversuch

Kraftwirkungen
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Kräfte bei der Rotation

• Beschreibung der Drehbewegung
• über die Winkeländerung
• Winkelgeschwindigkeit
• Geschwindigkeit eines Massenpunktes
• ist tangential zur Kreisbahn gerichtet
• Die Beschleunigung des Massenpunktes besitzt
• eine radiale und eine tangentiale Komponente.
  Winkelbeschleunigung
• ? Die Zentripetalkraft ergibt sich aus

Kraftwirkungen
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Gezeitenkräfte
SPErde SPErde-Mond
Mond
Kraftwirkungen
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Planetenbahnen

• Zentripetalkraft Gravitation
• Keplersche Gesetze
• Die Umlaufbahnen aller Planeten haben die Form
  
  von einer Ellipse, wobei die Sonne in einem ihrer
  
  Brennpunkte steht.
• Die Verbindungslinie von der Sonne zu einem
• Planeten (Fahrstrahl) überstreicht in
  gleichen
• Zeitintervallen gleiche Flächen. (?t1
  ?t2 A1 A2)
• 3. Das Quadrat der Umlaufzeit eines Planeten
  ist
  proportional zur dritten Potenz der großen
  Halbachse
  von seiner Umlaufbahn.

Kraftwirkungen
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Scheinkräfte

• Betrachtet man die Bewegung eines Massenpunktes
  in einem rotierenden Bezugssystem, kann ein
  außenstehender Beobachter Scheinkräfte sofort
  aufklären. Ein Beteiligter (mitrotierender
  Beobachter) sucht vergebens nach dem
  Wechselwirkungspartner!!!
• Scheinkräfte - Zentrifugalkraft
• - Corioliskraft
• Zentrifugalkraft
• Die Zentrifugalkraft wirkt immer in
  rotierenden
• Bezugssystemen
  
  
• Ein mitbewegter Beobachter fühlt sich aus der
• Kreisbewegung hinaus gedrückt Trägheitseffekt

Kraftwirkungen
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Scheinkräfte

• Corioliskraft
• Die Corioliskraft wirkt nur bei bestimmten
  Relativbewegungen in einem rotierenden
  Bezugssystem
• Durch die Rotation der Erde entstehen aufgrund
  der
• Corioliskraft verschiedene Wetterphänomene
• Tiefdruckgebiete drehen sich auf der Nordhalb-
  kugel gegen
  und auf der Südhalbkugel im
  Uhrzeigersinn. Hochdruckgebiete drehen
  sich
  genau anders herum.
• Durch die Drehbewegung in den Südwind bzw.
  Nordwind hinein, entsteht
  der Eindruck des
  Südost- bzw. Nordost-Passats

Kraftwirkungen