Was ist eine Kraft?

Ein Newton entspricht ungefähr der Gewichtskraft eines kleinen Apfels in deiner Hand.

Drücken und Ziehen

Im Alltag sprechen wir von Kraft, wenn wir drücken oder ziehen. Du drückst eine Tür auf, ziehst eine Schublade heraus, trittst einen Ball oder lehnst dich gegen eine Wand. In der Physik kann eine Kraft die Bewegung oder Form eines Körpers ändern: ihn in Bewegung setzen, anhalten, beschleunigen, abbremsen, umlenken, zusammendrücken oder dehnen. Eine Kraft wirkt immer zwischen zwei Körpern. Deine Hand drückt gegen die Tür, die Erde zieht den Apfel an, die Straße drückt gegen die Reifen. Kannst du den zweiten Körper nicht benennen, hast du vermutlich keine echte Kraft gefunden.

Manche Kräfte brauchen Kontakt: die Reibung zwischen einer Kiste und dem Boden, die Zugkraft in einem Seil, die Kraft des Bodens, der dich trägt (Normalkraft genannt, weil sie senkrecht zur Oberfläche wirkt), sowie Luft- oder Wasserwiderstand. Andere wirken durch den leeren Raum: die Schwerkraft, die elektrische Kraft zwischen Ladungen und die magnetische Kraft zwischen Magneten. Die Schwerkraft der Sonne reicht über 150 Millionen Kilometer nahezu leeren Raum und hält die Erde auf ihrer Umlaufbahn.

Kräfte in Newton messen

Kräfte werden in Newton (N) gemessen, benannt nach Isaac Newton. Ein Newton ist die Kraft, die eine Masse von 1 kg mit 1 m/s² beschleunigt. Es gilt also 1 N = 1 kg·m/s². Das klingt abstrakt, ist aber eine kleine, alltägliche Kraft. Ein kleiner Apfel von etwa 100 g hat auf der Erde eine Gewichtskraft von ungefähr 1 N. Um einen 1 kg schweren Beutel Zucker zu halten, brauchst du etwa 9.8 N. Ein Federkraftmesser, wie er zum Wiegen von Gepäck dient, misst die Kraft direkt: Die Feder dehnt sich proportional zur Zugkraft.

Kräfte wie Pfeile addieren

Eine Kraft ist ein Vektor, ihre Richtung zählt also mit. Ziehen zwei Personen mit 30 N und 20 N in dieselbe Richtung an einem Wagen, ergeben sich insgesamt 50 N. Ziehen sie in entgegengesetzte Richtungen, bleiben 30 − 20 = 10 N in Richtung der stärkeren Kraft. Die Summe aller Kräfte auf einen Körper heißt resultierende Kraft. Rechtwinklig zueinander wirkende Kräfte addierst du wie die Seiten eines rechtwinkligen Dreiecks: 3 N nach Osten und 4 N nach Norden ergeben nach Pythagoras 5 N nach Nordosten.

Heben sich die Kräfte auf einen Körper auf, ist die resultierende Kraft null. Es herrscht Kräftegleichgewicht. Ein Buch auf einem Tisch ist ein gutes Beispiel: Die Schwerkraft zieht es nach unten, der Tisch drückt genauso stark nach oben. Beim Tauziehen können beide Mannschaften mit Hunderten Newton ziehen. Bewegt sich keine Seite, ist die resultierende Kraft auf das Seil trotzdem null. Nicht ausgeglichene Kräfte verändern die Bewegung. Darum geht es in der nächsten Lektion über die Newtonschen Gesetze.

Kräftebilder

Um Kräfte zu ordnen, zeichnen Physiker ein Kräftebild: Stelle den Körper als Kästchen oder Punkt dar. Zeichne für jede auf ihn wirkende Kraft einen Pfeil, der am Körper beginnt und in die Wirkungsrichtung zeigt. Die Pfeillänge gibt die Stärke an. Bei einer Kiste, die über den Boden geschoben wird, gibt es vier Pfeile: die Gewichtskraft W nach unten, die Normalkraft N nach oben, deine Schubkraft F und die Reibungskraft f entgegen der Bewegung.