FD - Kapitel 3 - Teil 2 - Kons und Non-Kons Kräfte

Question 1

Was ist eine Kraft?

Answer 1

→ Eine Kraft ist eine gerichtete Einwirkung, die einen Körper verformen oder seinen Bewegungszustand ändern kann.

Question 2

Welche Einheit hat die Kraft?

Answer 2

→ Newton (N).
1 N = 1 kg ⋅ m/s²

Question 3

Wie stellt man eine Kraft dar?

Answer 3

→ Als Vektor: Pfeil mit Richtung, Betrag (Länge) und Angriffspunkt.

Question 4

Was sind typische Wirkungen einer Kraft?

Answer 4

→ Kraft kann:
-beschleunigen,
-bremsen,
-verformen,
-drehen oder
-stabilisieren.

Question 5

Alltagsbeispiel für Kraftwirkung?

Answer 5

→ Ein Einkaufswagen wird durch Schieben in Bewegung gesetzt – das ist eine Kraft.

Question 6

Technisches Beispiel für Krafteinwirkung (TGA):

Answer 6

→ Der Luftdruck in einem Lüftungskanal erzeugt Kräfte auf die Kanalwände – sie müssen diesen Kräften standhalten.

Question 7

Welche Arten von Kräften gibt es?

Answer 7

→ Gewichtskraft,
Normalkraft,
Reibungskraft,
Zugkraft,
Druckkraft,
Federkraft,
Zentripetalkraft …

Question 8

Was ist Gewichtskraft?

Answer 8

→ Kraft, mit der ein Körper durch die Gravitation zur Erde gezogen wird.
Formel: 𝐹 = 𝑚 ⋅ 𝑔
𝑔 = 9,81 m/s²

Question 9

Was ist die Normalkraft?

Answer 9

→ Kraft, die eine Fläche senkrecht nach oben drückt, um das Gewicht eines Körpers auszugleichen.

Question 10

Warum ist es wichtig, Kräfte zu kennen?

Answer 10

→ Um Bauteile sicher zu dimensionieren und Bewegungen oder Belastungen zu verstehen.

Question 11

Was ist eine Kräftezerlegung?

Answer 11

→ Das Aufteilen einer Kraft in zwei (oder mehr) Teilkräfte, meist entlang der Koordinatenachsen (z. B. x- und y-Richtung).

Question 12

Warum zerlegt man Kräfte?

Answer 12

→ Um Berechnungen zu vereinfachen – viele Probleme lassen sich besser lösen, wenn man nur in eine Richtung schaut.

Question 13

Beispiel für Kräftezerlegung (alltagstauglich):

Answer 13

→ Ziehst du einen Schlitten mit einem Seil schräg nach oben, wirkt ein Teil der Kraft nach vorne und ein Teil nach oben.

Question 14

Wie zerlegt man eine schräge Kraft 𝐹 F?

Answer 14

→ In x- und y-Richtung:
𝐹ₓ = 𝐹 ⋅ cos ⁡ ( 𝛼 ) ,
𝐹ᵧ = 𝐹 ⋅ sin ⁡ ( 𝛼 )

Question 15

Was ist eine resultierende Kraft?

Answer 15

→ Die Summe aller wirkenden Kräfte. Sie gibt an, was insgesamt passiert (z. B. ob ein Körper sich bewegt oder nicht).

Question 16

Wie berechnet man die resultierende Kraft aus zwei Kräften 𝐹₁​ , 𝐹₂ die Senkrecht zun ?

Answer 16

→ Falls sie im rechten Winkel zueinander stehen:
𝐹 res = √ 𝐹₁² + 𝐹₂²

Question 17

Alltagsbeispiel für resultierende Kraft:

Answer 17

→ Zwei Personen schieben ein Auto – wenn beide in unterschiedliche Richtungen drücken, bewegt sich das Auto in Richtung der resultierenden Kraft.

Question 18

TGA-Beispiel für resultierende Kraft:

Answer 18

→ In Rohrleitungen wirken
-Druckkräfte,
-Halterungen und
-Eigengewicht
zusammen.
Die resultierende Kraft beeinflusst die Befestigung und Dimensionierung.

Question 19

Was ist eine Kraftübertragung?

Answer 19

Wenn eine Kraft von einem Bauteil auf ein anderes weitergegeben wird, z. B. über Verbindungselemente.

Question 20

Beispiel Kraftübertragung (allgemein):

Answer 20

→ Beim Fahrrad überträgt die Kette die Tretkraft vom Pedal auf das Hinterrad.

Question 21

Beispiel Kraftübertragung (TGA):

Answer 21

→ Die Aufhängung von Kabeltrassen überträgt das Gewicht der Kabel auf die Gebäudestruktur.

Question 22

Warum ist der Angriffspunkt einer Kraft entscheidend?

Answer 22

→ Weil er bestimmt, wo die Kraft wirkt – er beeinflusst z. B. Hebelwirkungen und Drehmomente.

Question 23

Was passiert bei einer Kraft, die nicht im Schwerpunkt angreift?

Answer 23

→ Sie erzeugt eine Drehwirkung (Moment).

Question 24

Beispiel Hebelwirkung (alltäglich):

Answer 24

Mit einem langen Schraubenschlüssel kannst du leichter eine Schraube lösen – du erzeugst mehr Drehmoment.

Question 25

Was ist ein Freikörperbild?

Answer 25

Eine grafische Darstellung eines Körpers mit allen angreifenden Kräften – zur Analyse von Gleichgewicht und Belastung.

Question 26

Warum nutzt man Freikörperbilder?

Answer 26

Um Kräfte klar zu erkennen, besser analysieren und berechnen zu können.

Question 27

Was stellt man in einem Freikörperbild dar?

Answer 27

→ Den betrachteten Körper, alle äußeren Kräfte, Reaktionen, Lagerkräfte und ggf. Gewichtskräfte.

Question 28

Beispiel Freikörperbild (einfach):

Answer 28

→ Eine Kiste auf einer schiefen Ebene: Gezeichnet werden Gewichtskraft, Hangabtriebskraft, Normalkraft und Reibungskraft.

Question 29

Bautechnisches Beispiel (TGA):

Answer 29

→ Eine Wandhalterung für ein Rohr: Das Freikörperbild zeigt das Gewicht des Rohrs, die Lagerreaktionen und die Wandkräfte.

Question 30

Was prüft man mit einem Freikörperbild?

Answer 30

→ Ob der Körper im Gleichgewicht ist – also ob alle Kräfte sich aufheben (→ ∑ 𝐹 = 0 , ∑ 𝑀 = 0 ).

Question 31

Was ist die Normalkraft?

Answer 31

Kraft, die eine Fläche senkrecht auf einen Körper ausübt, um sein Gewicht „abzustützen“. Beispiel: Ein Buch liegt auf einem Tisch – der Tisch drückt genauso stark zurück wie das Buch auf ihn.

Question 32

Was ist die Zentripetalkraft?

Answer 32

Kraft, die ein Objekt in einer Kreisbahn hält – sie zeigt zur Kreismitte. Formel: 𝐹,z = ( 𝑚 ⋅ 𝑣² ) / 𝑟

Question 33

Was ist die Federkraft?

Answer 33

Kraft, mit der eine gespannte oder gedehnte Feder zurückzieht. Formel (Hooke’sches Gesetz): 𝐹 = 𝑘 ⋅ 𝑥 (k = Federkonstante, x = Auslenkung) Beispiel: Beim Trampolin springst du auf eine gespannte Feder – sie drückt dich zurück nach oben.

Question 34

Was ist die Auftriebskraft?

Answer 34

Kraft, die ein in Flüssigkeit oder Gas getauchtes Objekt nach oben drückt. Beispiel: Ein Ballon steigt auf oder ein Körper schwimmt im Wasser – wegen der Auftriebskraft.

Question 35

Was ist die Reibungskraft?

Answer 35

Kraft, die der Relativbewegung zwischen zwei Flächen entgegenwirkt. Arten: -Haftreibung, -Gleitreibung, -Rollreibung. Beispiel: Du brauchst Kraft, um einen Schrank über den Boden zu schieben – das ist Reibung.

Question 36

Was ist die Zugkraft?

Answer 36

Kraft, die auf ein Objekt wirkt, wenn daran gezogen wird. Beispiel: Wenn du an einem Seil ziehst, übst du eine Zugkraft aus – etwa beim Abschleppen eines Autos.

Question 37

Was ist die Druckkraft?

Answer 37

Kraft, die durch Drücken oder Stauchen wirkt. Beispiel: Eine Säule in einem Gebäude wird durch die darüber liegende Decke nach unten gedrückt – sie erfährt eine Druckkraft.

Question 38

Was ist die Hangabtriebkraft?

Answer 38

Teil der Gewichtskraft auf einer schiefen Ebene, der nach unten entlang der Ebene wirkt und das Objekt rutschen lässt. Formel: 𝐹ₕ = 𝐹 𝐺 ⋅ sin ⁡ ( 𝛼 ) Beispiel: Eine Kiste rutscht auf einer Rampe – verantwortlich ist die Hangabtriebskraft.

Question 39

Was ist die Hangnormalkraft?

Answer 39

Teil der Gewichtskraft, der senkrecht zur schiefen Ebene wirkt. Formel: 𝐹𝑁 = 𝐹 𝐺 ⋅ cos ⁡ ( 𝛼 ) Beispiel: Diese Kraft bestimmt, wie stark die Rampe das Objekt „trägt“.

Question 40

Was sind konservative Kräfte?

Answer 40

→ Kräfte, bei denen die verrichtete Arbeit nur vom Anfangs- und Endpunkt, nicht aber vom Weg abhängt; sie besitzen ein Potential.

Question 41

Warum führt nur bei konservativen Kräften der Energieerhaltungssatz zur mechanischen Energieerhaltung?

Answer 41

→ Weil die Arbeit bei konservativen Kräfte in potentielle Energie umgewandelt und später wieder zurückgewandelt wird, ohne Verluste: Δ 𝐸 mech = 0

Question 42

Nenne typische Beispiele konservativer Kräfte.

Answer 42

→ Gravitationskraft ( F =m•g), Federkraft ( F=−kx), elektrostatische Kraft (Coulomb-Kraft).

Question 43

Was sind nicht-konservative Kräfte?

Answer 43

→ Kräfte, bei denen die Arbeit wegabhängig ist und energievernichtende Prozesse (z.B. Reibung) verursachen – kein Potential existiert.

Question 44

Wie zeigen sich nicht-konservative Kräfte in der Energiebilanz?

Answer 44

→ Sie verbrauchen mechanische Energie, die als Wärme, Schall o. Ä. abgegeben wird: Δ 𝐸 mech = 𝑊 nc < 0.

Question 45

Gebe Beispiele zu Konservative Kräfte.

Answer 45

→ **Gravitationskraft:** Beim Heben und Senken eines Körpers auf unterschiedliche Wege bewegt man ihn zwischen denselben Höhenpunkten, und die verrichtete Arbeit ist immer gleich (W=mgh). → **Federkraft:** Beim Spannen und Entspannen einer Feder hängt die Arbeit nur von der Auslenkung x ab ( 𝑊 = 1/2 𝑘 𝑥 ), nicht vom Weg.

Question 46

Gebe Beispiele zu Nicht-Konservative Kräfte.

Answer 46

→ **Gleitreibungskraft:** Beim Schieben einer Kiste auf verschiedenen Wegen (gerade, kurvig) wird immer unterschiedlich viel Energie in Wärme umgewandelt – Arbeit ist wegabhängig. → **Luftwiderstand** (Stoke’sche Reibung): Ein fallender Körper erreicht eine Endgeschwindigkeit, weil der Luftwiderstand der Bewegung Energie entzieht; die verrichtete Arbeit hängt vom Weg und der Geschwindigkeit ab.