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Geschwindigkeiten und Kräfte

Autor:Gottfried Kendl
In der Physik unterscheidet man skalare und vektorielle Größen: Skalare Größen bestehen aus Maßzahl und Einheit (z.B.: Masse, Temperatur, Stromstärke), vektorielle Größen haben zusätzlich eine Richtung und Orientierung (z.B.: Geschwindigkeit, Kraft).

Flussüberfahrt

Ein Motorboot überquert einen 50 m breiten Fluss. Seine Eigengeschwindigkeit , das ist die Geschwindigkeit relativ zum Wasser, hat den Betrag 10 m/s und ist normal zum Ufer gerichtet. Die Fließgeschwindigkeit des Wassers hat den Betrag 4 m/s. Betrachte zuerst die Bewegung des Bootes in ruhendem Wasser, danach in fließendem. (Der Schieberegler gibt die Zeit in Sekunden an.) Die resultierende Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit relativ zum Ufer.

Aufgabe 1

a) Welcher Zusammenhang besteht zwischen der Eigengeschwindigkeit , der Fließgeschwindigkeit und der resultierenden Geschwindigkeit ? b) Gib die Koordinaten von an. c) Wie groß ist der Betrag von ? (Stelle als Pfeil dar und zeichne die Koordinaten ein; der Betrag ist die Länge des Pfeils.)

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Boot an Seilen

Ein Schlauchboot wird in einem Kanal von beiden Ufern aus gezogen, die Zugkräfte F1 und F2 werden durch zwei Seile auf das Boot übertragen. Durch die gemeinsame Wirkung der beiden Kräfte wird auf das Boot eine Gesamtkraft F ausgeübt, die sogenannte resultierende Kraft. Man konstruiert sie mit Hilfe eines Kräfteparallelogramms.

Aufgabe 2

a) Welcher Zusammenhang besteht zwischen F1, F2 und F? b) Berechne F aus und . (N = Newton) c) Welche Richtung hat die resultierende Kraft?

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Ausgleichskraft

Auf einen Körper wirken drei Kräfte F1, F2 und F3 ein. Durch welche Kraft F' wird ihre Wirkung ausgeglichen? (Die Kraftpfeile können mit der Maus geändert werden.)

Aufgabe 3

  • Um die resultierende Kraft F der drei gegebenen Kräfte zu bestimmen, wird zuerst die resultierende Kraft F12 der ersten beiden Kräfte konstruiert und dann die resultierende Kraft von F12 und F3.
  • Die Ausgleichskraft F', die die Wirkung der drei Kräfte aufhebt, ist die Gegenkraft von F.
a) Vergleiche die Eigenschaften von F' und F. b) Drücke F' durch F1, F2 und F3 aus. c) Gib einen anderen Konstruktionsgang für F an.

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