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Dynamik
Lernziele
Sie wissen, bei welchen Aufgaben das Wechselwirkungsprinzip eine zentrale Rolle spielt, und wenden es korrekt an
Sie repetieren das Aktionsprinzip und können die Bewegung eines Körpers korrekt vorhersagen
Sie kennen den Unterschied zwischen den Gleichgewichtskräften, die an einem einzelnen Körper angreifen, und den Wechselwirkungskräften, die zwischen 2 Körpern wirken
Das Wechselwirkungsprinzip (Newton III)
Kräfte treten zwischen Körpern auf. Somit braucht es immer mindestens 2 Körper für eine Wechselwirkung. Ein einzelner Körper kann auf sich selbst keine Kraft ausüben.
Beispiel:
Die Erde zieht Sie an und Sie ziehen die Erde an. Die Wechselwirkungskräfte sind dabei entgegengesetzt gleich gross.
Mathematisch wird dies so aufgeschrieben:
Bleibt noch die Frage offen, weshalb Sie sich bei einem Sprung vom 3m-Sprungbrett auf die Erde zubewegen und nicht die Erde auf Sie zufliegt, wenn doch die Kraft, die Sie auf die Erde ausüben, genauso gross ist, wie die Kraft, die die Erde auf Sie ausübt.
Die Antwort darauf können Sie selbst geben, wenn Sie an das Aktionsprinzip denken. Sie können Ihre Lösung überprüfen, indem Sie auf die nächste Zeile mit dem Wort «Antwort» klicken. Versuchen Sie vorher unbedingt selbst, darauf eine Antwort zu geben.
Antwort
Zwei gleich grosse Kräfte haben nicht zwingend die gleiche Wirkung. Laut dem Aktionsprinzip ist die Beschleunigung, die ein leichterer Körper bei gleicher resultierenden Kraft erfährt, grösser als bei einem schwereren Körper. Da die Erde verglichen mit Ihnen eine viel grössere Masse hat, erfährt sie kaum eine Beschleunigung, wohingegen Sie eine grosse erfahren.
Frage
Wer muss hier die grössere Kraft ausüben? Das leichte, junge Mädchen oder der schwere Mann?
Antwort
Beide müssen dieselbe Kraft aufwenden, da Kräfte zwischen den Körpern immer entgegengesetzt gleich gross sein müssen.
Wechselwirkungskräfte und Gleichgewichtskräfte
Gleichgewichtskräfte greifen alle am selben Körper an und führen zu einem Kräftegleichgewicht. Wechselwirkungskräfte greifen an unterschiedlichen Körper an. Deshalb heben sie sich nie auf!
Als Bespiel betrachten wir im folgenden Lernvideo die Aufgabe 202 auf Seite 68 des Physikaufgabenbuchs.
202 Weshalb schafft es dieser Kraftprotz, den Lastwagen zu bewegen, obwohl der Lastwagen aufgrund des Wechselwirkungsgesetzes stets genauso stark an ihm zieht?
Frage
Wieso ist die resultierende Kraft auf den Mann kleiner als die resultierende Kraft auf den Lastwagen, obwohl ja beide dieselbe Beschleunigung haben?
Antwort
Weil die Masse des Lastwagens viel grösser ist, muss auf ihn eine viel grössere resultierende Kraft einwirken, um ihn gleich zu beschleunigen, wie der Mann.
Aufgaben
Lösen Sie die Aufgaben 203, 204 und 207 aus dem Physikaufgabenbuch bis Freitag, den 20. März, 12 Uhr. Reichen Sie mir die Aufgabe ein, für die Sie eine Korrektur von mir wünschen. Sie dürfen zu Ihrer Ausarbeitung gerne auch eine Rückmeldung zu meinem Onlinekurs anbringen.
Nach dem Lösen der Aufgabe sollten Sie in der Lage sein, Jemandem in Ihrem Haushalt das Wechselwirkungsprinzip zu erklären. Halten Sie die wichtigsten Punkte in Ihrem Theorieheft fest.
Hinweis zu Aufgabe 204
Im Situationsplan sollte man nicht Wechselwirkungskräfte und Gleichgewichtskräfte mischen. Es ist verwirrend und kann zu Fehler führen, wenn beispielsweise die Wechselwirkungskräfte Magnet auf Kühlschrank und Kühlschrank auf Magnet infolge der magnetischen Anziehung mit der Gewichtskraft und der Reibungskraft gezeichnet werden. Viele haben dann im Additionsplan diese 4 Kräfte zusammengezählt, obwohl die genannten Wechselwirkungskräfte an unterschiedlichen Körpern angreifen und sich deshalb nie aufheben können.
Hinweis zu Aufgabe 207 c)
Alle auftretenden Wechselwirkungskräfte in der Horizontalen sind gleich gross, weil jedes Objekt (Waggon und Lokomotive) ruht, also keine Beschleunigung hat, und sich somit alle am selben Körper angreifenden Kräfte in ihrer Wirkung aufheben müssen. Für Waggon 1 bedeutet dies beispielsweise, dass die Lok gleich stark an ihn stösst, wie Waggon 2 ihn zurückhält. Somit sind die Wechselwirkungskräfte zwischen Waggon 1 und Lok gleich gross wie diejenigen zwischen Waggon 1 und Waggon 2.