Willkommen zur Dokumentation der Physik-Grundlagen. Diese Übersicht basiert auf deinen handschriftlichen Notizen und behandelt die Themen Bewegung, Kräfte und Drehmoment.
Kinematik
Bewegungslehre, Geschwindigkeit und Beschleunigung.
Dynamik
Kräfte, Masse, Gewichtskraft und Federn.
Statik
Hebelwirkung und Drehmomente.
Bewegung (Kinematik)
Beschreibung von Bewegungen ohne Betrachtung der Ursachen.
A. Konstante Geschwindigkeit
Wenn ein Körper (z.B. ein Auto) immer gleich schnell fährt, gilt das Weg-Zeit-Gesetz.
Grundformel der Geschwindigkeit
v = st
s= Strecke (Meter m)
t= Zeit (Sekunden s)
v= Geschwindigkeit (m/s)
Strecke berechnen
s = v · t
Zeit berechnen
t = s / v
Umrechnung: km/h ↔ m/s
Der "Zauberfaktor" ist 3,6.
km/h
→
m/s(geteilt durch 3,6)
m/s
→
km/h(mal 3,6)
B. Beschleunigte Bewegung
Die Geschwindigkeit ändert sich gleichmäßig (z.B. Auto fährt an).
Gesucht
Formel
Erklärung
Beschleunigung (a)
a = Δv / Δt
Geschwindigkeitsänderung pro Zeit
Zeit (t)
t = v / a
Dauer des Vorgangs
Strecke (s)
s = ½ · a · t²
Zurückgelegter Weg
Beispiel aus den Notizen
Ein Auto fährt mit v = 20 m/s (ca. 72 km/h).
Wie weit kommt es in t = 15 s?
s = v · t
s = 20 m/s · 15 s s = 300 m
Kräfte (Dynamik)
Ursachen von Bewegungen. Einheit: Newton (N).
A. Gewichtskraft
Die Anziehungskraft der Erde auf eine Masse.
Gewichtskraft
Fg = m · g
Fg= Gewichtskraft (N)
m= Masse (kg)
g= 9,81 m/s²
Beispiel: Koffer
Ein Koffer wiegt 12 kg.
12 kg · 9,81 m/s² = 117,72 N
B. Beschleunigungskraft (Newton II)
Kraft, die nötig ist, um eine Masse zu beschleunigen.
Grundgesetz der Dynamik
F = m · a
F= Kraft (N)
m= Masse (kg)
a= Beschleunigung (m/s²)
C. Federkraft (Hookesches Gesetz)
Rückstellkraft einer gedehnten oder gestauchten Feder.
Federgesetz
F = D · s
D= Federkonstante (N/m)
s= Auslenkung (m)
Komplexes Beispiel
Ein Körper (m=4kg) hängt an einer Feder (D=200 N/m). Wie weit dehnt sie sich?
Gewichtskraft berechnen: Fg = 4 · 9,81 = 39,24 N
Nach s auflösen (s = F/D): s = 39,24 / 200 = 0,196 m
Ergebnis: 19,6 cm
Drehmoment
Die Drehwirkung einer Kraft auf einen Körper (Hebelgesetz).
Grundlagen
Entscheidend ist nicht nur die Kraft, sondern auch, wo sie angreift (Hebelarm).
Drehmoment Formel
M = F · r
M= Drehmoment (Nm)
F= Kraft (N)
r= Hebelarm (m)
Wichtiger Hinweis
Die Kraft muss idealerweise im rechten Winkel (90°) zum Hebel wirken. Der Hebelarm r ist immer der senkrechte Abstand zur Drehachse.
Beispiel: Schraubenschlüssel
Du ziehst mit 20 N an einem Schraubenschlüssel, der 0,3 m (30 cm) lang ist.