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Physik - UBRM (Subject) / Kraft (Lesson)

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• Masse m m = V * ρ Einheit: kg
• Dichte ρ Die Dichte eines Stoffes ist die Masse pro Volumseinheit. ρ = m / V Einheit: kg / m3
• Kraft F Die Wirkung der Kraft hängt vom Betrag der Kraft (wie stark die Kraft ist), vom Angriffspunkt der Kraft (wo die Kraft den Körper angreift) und von der Richtung der Kraft ab. F = m * a Einheit: Newton (N)
• Wirkungslinie der Kraft Die durch den Angriffspunkt und die Richtung der Kraft festgelegte Linie. 
• Newton N Einheit für Kraft F 1 N = 1kgm/s2
• Bedeutung des Angriffspunkts A bei nicht deformierbaren Körpern Der Kraftvektor F kann bei nicht deformierbaren Körpern entlang seiner Wirkungslinie beliebig verschoben werden.  Die Kraft ist ein linienflüchtiger Vektor.
• Bedeutung des Angriffspunktes A bei deformierbaren Körpern Be einem deformierbaren Körper ist das Parallelverschieben des Kraftvektors nicht erlaubt, da dadurch die Kraft ihre Wirkung ändert.
• Systeme von zwei Kräften im starren Körper Zwei Kräfte F1 und F2 mit zwei Angriffspunkten A1 und A2 können dann zu einer einzigen Kraft mit dem Angriffspunkt A addiert werden, wenn sich die Wirkungslinien der beiden Kräfte schneiden.
• Das Trägheitsprinzip = 1. Newton'sches Axiom Der Schwerpunkt eines Körpers verharrt im Zustand der Ruhe oder in gleichförmiger Bewegungm solange der Körper kräftefrei ist  d.h., dass die Summe aller auf den Körper einwirkender Kräfte gleich 0 ist. 
• Das Aktionsprinzip = 2. Newton'sche Axiom Die zeitliche Änderung des Impulses eines Körpers ist gleich der Summe aller einwirkenden Kräfte. 
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• Das Reaktionsprinzip = 3. Newton'sche Axiom Wenn zwischen zwei Körpern 1 und 2 eine Kraft F12 von 1 nach 2 wirkt, dann wirkt auch von 2 nach 1 am selben Kraftangriffspunkt eine Kraft F21 derart, dass gilt: F12 = - F21
• Impuls p Der Impuls eines Körpers ist definiert als die Masse multipliziert mit der Geschwindigkeit seines Schwerpunktes. p = m * vS Einheit: kgm/s oder Ns (Newton-Sekunde)
• Gravitationskraft F Die Gravitationskraft F zwischen zwei Massen ist proportional zu beiden Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes der Massenmittelpunkte. F = γ * (m1*m2) / r2 γ - Gravitationskonstante = 6,67*10-11
• Gewichtskraft G Auf der Erdoberfläche wird eine Masse m durch die Masse der Erde angezogen.  G = m * g g = 9,81 m/s2
• Kilopond kp Die Erdanziehungskraft auf eine Masse von 1 kg. 1kp = 1 kg * 9,81 = 9,81 N
• Gewichtskraftvektor Der Gewichtskraftvektor zeigt von der Masse zum Erdmittelpunkt.  Der Angriffspunkt des Gewichtskraftvektors ist der Massenmittelpunkt oder Schwerpunkt des Körpers.
• Zentrales Kräftesystem Wenn sich die Wirkungslinien aller an einem Körper angreifenden Kräfte in einem einzigen Punkt schneiden, dann bezeichnet man das als zentrales Kräftesystem. 
• Zentrales Kräftesystem bei zwei Kräften Zwei Kräfte F1 und F2 sind nur dann im Gleichgewicht, wenn sie dieselbe Wirkungslinie haben, gleiche Beträge und entgegengesetzte Richtungen. F1 + F2 = 0
• Zentrales Kräftesystem von drei Kräften Drei Kräfte sind nur dann im Gleichgewicht, wenn sich ihre Wirkungslinien in einem Punkt schneiden und sich die vektorielle Summe zu 0 addiert. F1 + F2 + F3 = 0
• Zentrales Kräftesystem bei mehr als drei Kräften Wenn an einem Körper mehr als 3 Kräfte in Form eines zentralen Kräftesystems angreifen und die angreifenden Kräfte sich zu 0 addieren, dann ist das eine hinreichende Bedingung für Gleichgewicht. ∑Fi = 0
• Seilkräfte Seile können Zugkräfte übertragen. Die Zugkraft wirkt in Richtung des Seiles. Mit einer Rolle kann die Wirkungslinie der Kraft umgelenkt werden.
• Haftreibungskraft FH Die größte Zugkraft, bei der sich der Körper noch nicht bewegt (bzw. die kleinste Zugkraft, bei der sich der Körper gerade bewegt). FH ist von der Größe der Berührungsfläche unabhängig FH wächst proportinal zur Normalkraft FN, mit der die beiden Berührungsflächen gegeneinander gedrückt werden. FH ist parallel zur Oberfläche FH = μH * FN = μH * G * cos α μH - Haftreibungskoeffizient - hängt von der Beschaffenheit der beiden Berührungsflächen ab
• Gleitreibung FG Ist die Zugkraft höher als die Haftreibungskraft, dann beginnt der Körper zu gleiten. Zur Aufrechterhaltung der Bewegung ist weiterhin eine gewissen Kraft erforderlich. DIe Zugkraft muss die Gleitreibungskraft FG kompensieren. FG ist von der Größe der Berührungsfläche unabhängig. FG ist proportional zur Normalkraft. FG  ist parallel zur Oberfläche, entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung. FG ist von der Geschwindigkeit unabhängig.  FG = μG * FN μG - Gleitreibungskoeffizient
• Rollreibungskraft FR Tritt auf, wenn ein Rad oder eine Kugel auf einer Unterlage abrollt. FR = μR * FN  
• Zentripetalkraft FP Die Zentripetalkraft hält die Masse auf der Kreisbahn. Sie bewirkt eine Änderung der Bewegungsrichtung, beeinflusst jedoch nicht den Betrag der Bahngeschwindigkeit des Körpers. Sie ist außerdem Ursache für die Radialbeschleunigung ar. Fp = m * ω2 * r Die Zentripetalkraft ist die Gegenkraft zur Trägheitskraft.
• Tangentialkraft Ft Die Tangentialkraft Ft dient zu einer Beschleunigung des Körpers in Tangentialrichtung.  Die ist Ursache für die Tangentialbeschleunigung at. Ft = m * Δv / Δt  
• Zentrifugalkraft / Fliehkraft Ff Wenn ein rotierendes System als Bezugssystem genommen wird, dann treten in diesem Zugsystem so genannte Scheinkräfte auf. Eine solche Scheinkraft ist die Zentrifugalkraft. Die Zentrifugalkraft ist gleich der Trägheitskraft und damit gleich groß und entgegensetzt der Zentripetalkraft.  Fp = - Ff  
• Beispiele für die Zentrifugalkraft Ff Trockenschleuder: Die Fliehkraft auf das Wasser im Gewebe lässt dieses nach außen dringen.  Form der Erde: Durch die Fliehkraft bewirkt ist die Form der Erde keine exakte Kugel sondern ein Ellipsoid.  Zentrifuge: Die Zentrifugalkraft ist proportional zur Massem, weshalb auf schwere Teilchen größere Kräfte wirken als auf leichte.  Zentrifugalpendel: Dieses Pendel findet zur Messung der Drehzahl oder als Fliehkraftregler anwendung.
• Kraftstoß F * Δt Für die Änderung des Impulses eines Körpers durch die Einwrkung einer Kraft sind die Stärke der Kraft und die Dauer der Krafteinwirkung maßgeblich.  Der Kraftstoß ändert den Impuls eines Körpers.  F * Δt = m * Δv / Δt * Δt = m * Δv = Δp 
• Impulserhaltungssatz In einem abgeschlossenen System bleibt der Gesamtimpuls erhalten. 
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• Vollkommen elastischer Stoß Die Summer der kinetischen Energien vor und nach dem Stoß sind gleich. Es wird keine kinetische Energie in  Wärmeenergie umgewandelt.  m1*v1 + m2*v2 = m1*u1 + m2*u2 v - Geschwindigkeit vor dem Stoß u - Geschwindigkeit nach dem Stoß
• Vollkommen inelastischer Stoß Die beiden Körper besitzen nach dem Stoß die gleiche Geschwindigkeit. (Sie "kleben" nach dem Stoß aneinander) u = m1 / (m1 + m2) * v1+ m2 / (m1 + m2) * v2
• Druck p Der Druck ist definert als die auf die Einheitsfläche wirkende Normalkraft. p = F / A Einheit: Pascal (Pa) 
• Druckeinheiten 1 bar = 105 Pa 1 mbar = 102 Pa 1 at = 9,81*104 Pa 1 atm = 1,014*105 Pa 1 Torr = 133 Pa
• Schweredruck pS Der Schweredruck ist der Druck, der der oberhalbliegenden Flüssigkeit einer Flüssigkeitssäule verursacht wird.  pS = G / A = ρ * g * h
• Hydrostatisches Paradoxon Der Schweredruck hängt nur von der Flüssigkeitstiefe h und nicht von der Gefäßform ab. Daraus folgt sofort, dass eine homogene Flüssigkeit in kommunizierenden Gefäßen bei gleichem äußeren Druck in allen Teilchen gleich hoch steht. 
• Archimedisches Prinzip Der Auftrieb eines Körpers in einer Flüssigkeit ist gerade so groß wie das Gewicht der verdrängten Flüssigkeit. 
• Auftriebskraft FA F1 = ρ * g * h1 * A F2 = ρ * g * h2 * A Subtraktion der beiden Kräfte liefert die Auftriebskraft FA: FA = F1 - F2 h1 - Höhe vom Unteren Teil des Körpers zur Wasseroberfläche h2 - Hohe vom Oberen Teil des Körpers zur Wasseroberfläche
• Aräometer (Senkwaage) Dient zur Dichtebestimmung von Flüssigkeiten. Das Aräometer taucht soweit ein, dass die Auftriebskraft gegengleich zur Gewichtskraft ist. 
• Strömungswiderstand FW Wird ein Körper von einer Strömung angeströmt, dann wirkt auf diesen eine Kraft. FW = cW * ½ * ρ * v2 * A cW - Widerstandsbeiwert
• Strömungswiderstand in Natur und Technik Treibstoffverbrauch: Bei Geschwindigkeiten über 50 km/h ist bei Fahrzeugen Arbeit hautsächlich zur Überwindung des Luftwiderstandes zu leisten.  Stromlinienform: Die Natur liefert of Beispiele für optimierte Formen mit geringen Strömungswiderständen (Fische oder Vögel), bzw, haben Pflanzensamen, die eine möglichst niedrige Fallgeschwindigkeit haben sollen, einen hohen Widerstandsbeiwert. Separation: Der Unterschiedliche Strömungswiderstand unterschiedlich großer Körper wird technisch oft dazu verwendet, um ökonomisch in einem Sedimentationsprozess zu trennen.  

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