96 52 Kräfte als Ursache für Beschleunigungen In der 2. Klasse (Kapitel 6, Seite 16) hast du gelernt, dass Kräfte einen Körper verformen oder eine Geschwindigkeitsänderung hervorrufen können. Die Geschwindigkeitsänderung wollen wir jetzt genauer untersuchen. Versuch: Ändere den Versuch aus Abb. 51.3 so ab, dass der Wagen auf einer horizontalen Fahrbahn rollt. Verbinde ihn mit einem Massestück, das mit einem Faden über eine Rolle geführt wird (Abb. 52.1). Der Wagen zieht einen Papierstreifen, auf dem in gleichen Zeitabständen Markierungen mit dem Zeitmarkengeber angebracht werden. Beobachte die Punkte am Papierstreifen! Wiederhole den Versuch mit verschiedenen Massestücken. Die Kraft, welche den Wagen zieht, wird durch das Massestück bewirkt. Der Papierstreifen zeigt, dass die in gleichen Zeiten zurückgelegten Wege immer größer werden (Abb. 52.2). Daher muss auch die Geschwindigkeit des Wagens zunehmen. Es handelt sich also wieder um eine beschleunigte Bewegung. Du kannst feststellen: Je größer die wirkende Kraft ist, desto größer ist die Beschleunigung. Versuch: Wirf einen Fußball sowie einen Tennisball mit der Hand. Was bemerkst du? Bei gleicher aufgewendeter Kraft wird der Tennisball (kleinere Masse) stärker beschleunigt. Will man die Bälle mit gleicher Geschwindigkeit werfen, ist für den Fußball (größere Masse) eine größere Kraft notwendig. Daraus und aus vielen weiteren Versuchen ergibt sich der Zusammenhang zwischen Kraft F, Masse m und Beschleunigung a: Wirkt auf einen Körper mit der Masse m eine Kraft F, so erfährt er eine Beschleunigung a. Es gilt: F = m · a. Die Richtung der Kraft und der Beschleunigung stimmen überein. Die Kraft, die bei einem Körper mit der Masse 1 kg eine Beschleunigung von 1 m/s2 hervorruft, beträgt 1 Newton (N). Die Ursache jeder Fallbewegung ist die Schwerkraft (Gravitation). Du kannst jetzt untersuchen, welche Beschleunigung die Schwerkraft auf einen frei fallenden Körper ausübt. Versuch: Nimm eine längere Schnur (ca. 2m) und knote daran Schraubenmuttern in gleichen Abständen (Abb. 52.3a). Lass die gestreckte Schnur auf ein Holzbrett am Boden fallen und achte darauf, in welchen zeitlichen Abständen die Schraubenmuttern am Boden aufschlagen. Der zeitliche Abstand wird immer kürzer, die Fallbewegung ist beschleunigt. Versuch: Nimm nun eine Schnur, an der du die Schraubenmuttern in immer größer werdenden Abständen anknotest. Der Abstand der zweiten Schraubenmutter vom Anfangspunkt soll 4-mal, der der dritten Schraubenmutter 9-mal so groß sein, usw. (Abb. 52.3b). In welchen Zeitabständen fallen die Schraubenmuttern nun am Boden auf? Sie schlagen in gleichen Zeitabständen am Boden auf. Aus dem Versuch kannst du erkennen: Die zurückgelegten Wege wachsen mit dem Quadrat der Zeit an. Fallen schwere Körper schneller als leichte? 52.1 Eine Kraft bewirkt eine Beschleunigung. Der Zeitmarkengeber markiert den Papierstreifen in gleichen Zeitabständen. Die Gewichtskraft des Massestückes beschleunigt den Wagen. 52.2 Zwei mögliche Versuchsergebnisse von Versuch 52.1 Papierstreifen mit Zeitmarken in gleichen Zeitabständen Beim 2. Versuch zeigen die größeren Abstände der Marken an, dass bei einer Vergrößerung der Zugkraft die Beschleunigung größer wird. 52.3 Versuche mit verschiedenen Fallschnüren Die Muttern werden in immer kürzeren Zeitabständen aufschlagen. Die Abstände der Schraubenmuttern sind gleich groß. Die Abstände der Schraubenmuttern sind verschieden groß. Die Muttern werden in immer gleichen Zeitabständen aufschlagen. b a 1 1 1 3 1 5 7 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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