Title: TALS Physik / Mechanik / p4-2 Dynamik

Q: Was ist eine Kraft und welche Einheit hat sie?
A: Eine Kraft ist die Ursache jeder Bewegungs- oder Formänderung. Sie ist ein Vektor (Betrag + Richtung).
Einheit: N (Newton) = kg·m/s².

Q: Unterschied zwischen Masse und Gewichtskraft?
A: Masse m (in kg): Mass für die Trägheit, überall gleich.
Gewichtskraft F_G = m·g (in N): ortsabhängig (auf dem Mond kleiner). Die Masse bleibt dort dieselbe.

Q: Formel für die Gewichtskraft
A: F_G = m · g, mit g = 9.81 m/s².
Beispiel: 1 kg wiegt ≈ 9.81 N.

Q: 1. Newtonsches Gesetz (Trägheitsgesetz)
A: Wirkt keine Gesamtkraft (F_ges = 0), so bleibt der Körper in Ruhe oder in gleichförmiger, geradliniger Bewegung (v = konstant).

Q: 2. Newtonsches Gesetz (Grundgesetz)
A: F_ges = m · a
Die Gesamtkraft erzeugt eine gleichgerichtete Beschleunigung. Doppelte Kraft → doppelte Beschleunigung; doppelte Masse → halbe Beschleunigung.

Q: 3. Newtonsches Gesetz (Wechselwirkung)
A: actio = reactio: F_A→B = −F_B→A.
Beide Kräfte sind gleich gross, entgegengesetzt — greifen aber an verschiedenen Körpern an und heben sich daher nicht auf.

Q: Warum heben sich actio und reactio nicht auf?
A: Weil sie an zwei verschiedenen Körpern angreifen. Nur Kräfte am selben Körper können sich zur Gesamtkraft null addieren.

Q: Beispiel für das Trägheitsgesetz im Alltag
A: Beim Bremsen wird man nach vorne „gedrückt“: der Körper behält seine Geschwindigkeit bei (Trägheit), während das Auto verzögert. Erst der Gurt liefert die bremsende Kraft.

Q: Hookesches Gesetz (Federkraft)
A: F = D · s
D = Federkonstante (Federhärte) in N/m, s = Auslenkung. Gilt nur im elastischen Bereich.

Q: Was bedeutet eine grosse Federkonstante D?
A: Eine harte Feder — man braucht viel Kraft für wenig Dehnung. Kleines D = weiche Feder.

Q: Dehnung einer Feder unter angehängter Masse
A: Im Gleichgewicht trägt die Federkraft die Gewichtskraft:
D · s = m · g → s = m·g / D.

Q: Formel für die Reibungskraft
A: F_R = μ · F_N
μ = Reibungszahl (dimensionslos), F_N = Normalkraft. Die Reibung wirkt entgegen der Bewegung.

Q: Unterschied Haft- und Gleitreibung?
A: Haftreibung: solange der Körper ruht, bis maximal μ_H·F_N.
Gleitreibung: während der Bewegung, fester Wert μ_G·F_N.
Meist μ_H ≥ μ_G → Anfahren braucht mehr Kraft als Weiterschieben.

Q: Wovon hängt die Reibungskraft nicht ab?
A: Nicht von der Grösse der Auflagefläche und (in guter Näherung) nicht von der Geschwindigkeit — nur von Materialpaar (μ) und Normalkraft F_N.

Q: Normalkraft auf waagrechtem Boden
A: F_N = m · g. Auf der schiefen Ebene dagegen F_N = m·g·cosα (kleiner als das volle Gewicht).

Q: Hangabtriebskraft auf der schiefen Ebene
A: F_H = m · g · sinα — parallel zur Ebene, treibt den Körper hangabwärts.

Q: Normalkraft auf der schiefen Ebene
A: F_N = m · g · cosα — senkrecht zur Ebene, drückt den Körper auf die Unterlage.

Q: Beschleunigung auf der schiefen Ebene (mit Reibung)
A: a = g · (sinα − μ·cosα)
Massenunabhängig! Ohne Reibung: a = g·sinα.

Q: Wann bleibt ein Körper auf der schiefen Ebene liegen?
A: Solange die Haftreibung den Hangabtrieb hält: tanα ≤ μ_H. Der Grenzwinkel verrät direkt die Haftreibungszahl.

Q: Beschleunigung der Atwoodschen Fallmaschine
A: a = (m₁ − m₂)·g / (m₁ + m₂)
Die Gewichtsdifferenz treibt an, beschleunigt werden beide Massen zusammen.

Q: Fadenkraft bei der Atwood-Maschine
A: Über die aufsteigende Masse: F = m₂·(g + a).
Kontrolle über die absteigende: F = m₁·(g − a). Beide ergeben denselben Wert.

Q: Scheinbares Gewicht im beschleunigten Aufzug
A: F_N = m·(g + a) (a positiv = nach oben).
Nach oben → schwerer; nach unten → leichter; freier Fall (a = −g) → F_N = 0 (Schwerelosigkeit).

Q: Bremsbeschleunigung beim blockierten Rad
A: Aus m·a = μ·m·g fällt die Masse heraus: a = μ · g. Der Bremsweg ist daher massenunabhängig (s = v² / (2a)).

Q: Warum wird die kleinere Masse beim Abstossen stärker beschleunigt?
A: Wegen actio = reactio wirkt auf beide dieselbe Kraft F. Mit a = F/m bekommt die kleinere Masse die grössere Beschleunigung.

Q: Vorgehen bei Dynamik-Aufgaben (Rezept)
A: 1. Kräfteskizze zeichnen (alle Kräfte am Körper). 2. Gesamtkraft in Bewegungsrichtung bilden. 3. F_ges = m·a ansetzen und nach der gesuchten Grösse auflösen.

Q: Was bedeutet „die Gesamtkraft zählt“?
A: Nur die Resultierende aller Kräfte bestimmt die Beschleunigung. Einzelne Kräfte können sich aufheben (F_ges = 0 → keine Beschleunigung trotz wirkender Kräfte).

Q: Einheit Newton in Basiseinheiten
A: 1 N = 1 kg·m/s² — folgt direkt aus F = m·a.

Q: Typische Haftreibungszahl Gummi auf trockenem Asphalt
A: μ_H ≈ 0.9 (Gleitreibung ≈ 0.7). Deshalb ist eine Vollbremsung mit rollenden Rädern (ABS) effektiver als mit blockierten.