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Kraftarten

Kräfte können manchmal anziehend, manchmal abstoßend wirken. Was hält unsere Welt eigentlich zusammen? Warum spricht man von Kernkraftwerken?

Mechanische Kräfte

fundamentale Kräfte

  • Gravitationskraft
  • Magnetische Kraft
  • Elektrische Kraft

Kernkraft (sie sorgt dafür, dass z. B. werden die Bausteine eines Atomkerns trotz der elektrostatischen Abstoßungskräfte zusammenhalten)

Es gibt neben den fundamentalen Kräften eine Reihe von anderen aus den fundamentalen Kräften ableitbare Kraftarten, die eine große Bedeutung im täglichen Leben haben. Einige dieser abgeleiteten Kräfte sind die 

  • Muskelkraft
  • Reibungskraft
  • Federkraft
  • Auftriebskraft

Elektromagnetische Kräfte

Stets anziehend ist die Gravitationskraft zwischen zwei Massen. Elektrische und magnetische Kräfte können, im Gegensatz dazu, anziehend oder abstoßend sein. Mit dem Abstand der Wechselwirkungspartner nimmt die Kraftwirkung, wie bei der Gravitationskraft, ab.

Elektrische Kraft

  • Zwei verschiedene Ladungsarten gibt es: positive (meist rot gekennzeichnet) und negative (meist blau gekennzeichnet) Ladung
  • Für das Auftreten elektrischer Kräfte sind Ladungen die Ursache.

Grundgesetz der Elektrostatik (Lehre von ruhenden elektrischen Ladungen):

  • gleichnamig geladene Körper stoßen sich ab
  • ungleichnamig geladene Körper ziehen sich an

Hier gilt ähnlich wie bei der Gravitationskraft:

  • Der Betrag der anziehenden oder abstoßenden Kraft wächst bei festem Abstand der geladenen Körper mit dem Betrag der beteiligten Ladungen Q1 und Q2
  • Mit der Verringerung des Abstands zwischen den geladenen Körpern wächst bei festen Beträgen der Ladungen die anziehende bzw. die abstoßende Kraft

Hinweise:

  • Das Wasserstoffatom wird von einem Elektron (negative Elementarladung) und einem Proton (positive Elementarladung) gebildet. Etwa um 40 Größenordnungen (1040) ist die elektrische Kraft zwischen Elektron und Proton stärker als die Gravitationskraft zwischen diesen beiden Partnern.
  • Das Wechselwirkungsgesetz von Newton gilt auch bei elektrischen und magnetischen Kraftwirkungen. Die Kraft von der linken auf die rechte Ladung (actio) ist von gleichen Betrag wie die Kraft von der rechten auf die linke Ladung (reactio), aber in entgegengesetzter Richtung.

Magnetische Kraft

  • Zwei verschiedene Magnetpole gibt es: den magnetischen Nordpol (meist rot gekennzeichnet) und den magnetischen Südpol (meist grün gekennzeichnet).
  • Für das auftreten magnetischer Kräfte sind Magnetpole die Ursache.

Grundgesetz Magnetostatik (Lehre von ruhenden magnetischen Polen):

  • gleichnamige Pole stoßen sich ab
  • ungleichnamige Pole ziehen sich an

Hier gilt ähnlich wie in der Elektrostatik:

  • Mit der „Stärke“ der Magnetpole wächst der Beitrag der anziehenden oder abstoßenden Kraft bei festem Abstand.
  • Mit Verringerung des Abstands zwischen den Magneten wächst bei festen „Stärken“ der Magnetpole die anziehende bzw. abstoßende Kraft.

Hinweise:

  • Von Gleichstrom durchflossene Spulen könnte man sich auch anstelle der Dauermagnete denken.
  • Es gibt isolierte positive und negative elektrische Ladungen. Aber Magnetpole treten nicht isoliert auf. Man sagt: Es gibt keinen magnetischen Monopol. Immer zwei Pole haben Stabmagnete (man spricht von: Dipol).
  • Elektrische Ladungen einerseits und Magnetpole andererseits sind sehr verschiedene Dinge. Nicht verwechseln!