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Physik

Kraft in der Physik: Was sie ist, Definition, Konzept und Typen

Kraft in der Physik: Was sie ist, Definition, Konzept und Typen

In der Physik ist eine Kraft eine Vektorgröße, die eine Aktion ausdrückt, die auf ein Objekt in einem Bewegungs- oder Ruhezustand eingeprägt wird. Diese Aktion beinhaltet eine Änderung der Geschwindigkeit, Richtung oder Form. Sein Name kommt vom lateinischen fortia.

Nach der Definition von Kraft wirkt sie auf ein Objekt, das in der Lage ist, seine Beschleunigung zu verändern, also seine Geschwindigkeit und Flugbahn zu verändern. Eine Kraft kann auch eine Verformung eines Objekts und eine Druckänderung verursachen.

Neben ihrer Größe und Richtung wird eine Kraft durch den Angriffspunkt bestimmt, an dem sie auf einen Körper wirkt.

Wenn die Summe aller auf einen Körper einwirkenden Kräfte Null ist, erfährt der Massenschwerpunkt keine Beschleunigung. Unter dem Einfluss dieser Kräfte kann sich der Körper verformen. Beispielsweise kann sich der Körper aufgrund zweier gegensätzlicher Kräfte dehnen.

Messeinheiten

Kraft wird in verschiedenen Maßeinheiten gemessen, wobei Newton (N) die Haupteinheit im Internationalen Einheitensystem (SI) ist. Das Newton ist definiert als die Kraft, die erforderlich ist, um einem Objekt mit einer Masse von 1 Kilogramm eine Beschleunigung von 1 Meter pro Sekunde im Quadrat zu verleihen.

Neben dem Newton gibt es weitere Kraftmaßeinheiten, die in unterschiedlichen Zusammenhängen verwendet werden, darunter:

  • Pound-Force (lbf): Es handelt sich um eine Krafteinheit, die üblicherweise in den Vereinigten Staaten und in Ländern verwendet wird, die dem imperialen Einheitensystem folgen. Sie ist definiert als die Kraft, die erforderlich ist, um eine Masse von einem Pfund mit 32.174 Fuß pro Quadratsekunde zu beschleunigen.
  • Kilogrammkraft (kgf) oder Kilopond (kp): Diese Einheit wird in einigen Ländern, insbesondere in Asien, verwendet. Sie ist definiert als die Kraft, die durch die Schwerkraft auf ein Objekt mit einer Masse von einem Kilogramm ausgeübt wird.
  • Dyne (dyn): Es ist eine Krafteinheit im CGS-System (Zentimeter-Gramm-Sekunde). Ein Dyn ist die Kraft, die nötig ist, um ein Gramm pro Quadratsekunde auf einen Zentimeter zu beschleunigen.

Newtons Gesetze: die Beziehung zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung

Die Newtonschen Gesetze sind drei Grundgesetze der klassischen Mechanik, die beschreiben, wie Kräfte die Bewegung von Objekten beeinflussen.

Kraft in der Physik: Was sie ist, Definition, Konzept und TypenDurch die Newtonschen Gesetze hängen die Konzepte Kraft, Masse und Beschleunigung zusammen.

  1. Newtons erstes Gesetz (Trägheitsgesetz): Dieses Gesetz besagt, dass ein ruhender Gegenstand dazu neigt, in Ruhe zu bleiben, und ein bewegter Gegenstand dazu neigt, seine gleichmäßige geradlinige Bewegung beizubehalten, sofern nicht eine äußere Kraft auf ihn einwirkt. Mit anderen Worten: Ein Objekt ändert seinen Bewegungszustand nur dann, wenn eine Nettokraft auf es einwirkt.

  2. Newtons zweites Gesetz (Gesetz der Kraft und Beschleunigung): Dieses Gesetz besagt, dass die Beschleunigung eines Objekts direkt proportional zur auf es wirkenden Nettokraft und umgekehrt proportional zu seiner Masse ist.

  3. Newtons drittes Gesetz (Gesetz der Aktion und Reaktion): Dieses Gesetz besagt, dass es für jede Aktion eine Reaktion gleicher Größe, jedoch in entgegengesetzter Richtung, gibt. Das heißt, wenn Objekt A eine Kraft auf Objekt B ausübt, übt Objekt B eine Kraft gleicher Größe, aber in entgegengesetzter Richtung, auf Objekt A aus. 

Arten von Kräften

Kraft in der Physik: Was sie ist, Definition, Konzept und TypenIn der Physik gibt es verschiedene Arten von Kräften. Nachfolgend sind einige der wichtigsten Typen aufgeführt, die in der Physik berücksichtigt werden:

  • Gravitationskraft : Es ist die Kraft der gegenseitigen Anziehung, die zwischen zwei Objekten mit Masse besteht. Die Schwerkraft ist für den Fall von Objekten auf die Erde und für die Umlaufbahn von Planeten um die Sonne verantwortlich.
  • Zentripetalkraft : Es ist die Kraft, die auf ein kreisförmig bewegtes Objekt einwirkt und es in Richtung der Mitte der Flugbahn lenkt. Seine Anwesenheit ist wichtig, um Objekte in ständiger Kreisbewegung zu halten.
  • Elektromagnetische Kraft: Es ist die Kraft, die zwischen elektrisch geladenen Teilchen wirkt. Diese Kraft ist für die Wechselwirkung zwischen Elektronen und Protonen in Atomen sowie für elektromagnetische Phänomene wie Magnetismus und Elektrizität verantwortlich.
  • Starke Kernkraft : Es handelt sich um eine äußerst starke Kraft, die im Atomkern wirkt. Diese Kraft ist dafür verantwortlich, die Protonen und Neutronen im Kern zusammenzuhalten und wirkt der elektromagnetischen Abstoßungskraft zwischen den positiv geladenen Protonen entgegen.
  • Schwache Kernkraft: Es handelt sich um eine Kraft, die für bestimmte Arten radioaktiver Zerfälle verantwortlich ist. Es wird mit Wechselwirkungen zwischen subatomaren Teilchen in Verbindung gebracht und ist an Prozessen wie dem Beta-Zerfall beteiligt.
  • Reibungskraft: Es handelt sich um die Kraft, die der Relativbewegung zweier sich berührender Oberflächen entgegenwirkt. Reibung kann statisch (wenn sich Objekte nicht bewegen), kinetisch (wenn sich Objekte bewegen) oder flüssig (wenn sich ein Objekt durch eine Flüssigkeit wie Luft oder Wasser bewegt) sein.
  • Elastische Kraft: tritt auf, wenn ein elastisches Objekt, beispielsweise eine Feder, gedehnt oder komprimiert wird. Diese Kraft ist proportional zur Verformung, entgegengesetzt zur Verschiebung gerichtet und nach dem Hookeschen Gesetz definiert.
  • Zugkraft : Es handelt sich um eine innere Kraft, die im Inneren eines Objekts wirkt, wenn es gedehnt oder gezogen wird. Diese Kraft breitet sich im gesamten Objekt aus, behält seine strukturelle Integrität bei und widersteht Formänderungen aufgrund äußerer Kräfte, die es dehnen.

Beziehung zur Arbeit

Die Anwendung einer Kraft kann mit der Erbringung von Arbeit verbunden sein: Arbeit ist definiert als die Übertragung von Energie, die durch die Anwendung einer Kraft über eine Distanz verursacht wird.

Mathematisch wird die Arbeit (W) berechnet, indem die Größe der Kraft (F) mit der in Richtung der Kraft zurückgelegten Strecke (d) multipliziert und dann mit dem Kosinus des Winkels (θ) zwischen der Kraft und der Kraft multipliziert wird Richtung der Kraft. Verschiebung. Dies wird ausgedrückt als:

W = F * d * cos(θ)

Abhängig vom Verhältnis zwischen Kraft und Weg kann die Arbeit positiv, negativ oder null sein.

Freikörperdiagramme

Freikörperdiagramme sind in der Physik verwendete Werkzeuge zur Analyse und Visualisierung der auf ein bestimmtes Objekt wirkenden Kräfte. Diese Diagramme stellen ein isoliertes Objekt dar und zeigen alle auf es einwirkenden Kräfte und ihre relative Richtung.

Mit diesem Diagramm können Sie die Kräfte klar visualisieren und ihren Einfluss auf die Bewegung oder das Gleichgewicht des Objekts analysieren. Darüber hinaus sind sie in verschiedenen Bereichen der Physik nützlich, beispielsweise in der Mechanik, um die Bewegung von Objekten, das Gleichgewicht von Systemen und die Lösung von Kraftproblemen zu analysieren.

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Data de publicació: 29. November 2021
Última revisió: 6. Juli 2023