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Technische Mechanik 1: Statik - Betrag, Richtung und Angriffspunkt einer Kraft

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Technische Mechanik 1: Statik

Betrag, Richtung und Angriffspunkt einer Kraft

Inhaltsverzeichnis

Eine Kraft wird charakterisiert durch den Betrag, die Richtung und den Angriffspunkt

Betrag

Der Betrag stellt die Größe der wirkenden Kraft dar. Die Maßeinheit ist hierbei N = Newton ($1 N = \frac{kg \; m}{s^2}$). Kräfte können unterschiedliche Größen besitzen. Größere Gewichte weisen größere Kräfte auf und umgekehrt. Der Betrag $F$ einer Kraft kann gemessen werden, indem dieser mit der Schwerkraft (bzw. mit geeigneter Gewichtskraft $G$) verglichen wird. Die Gewichtskraft ist die Masse in Kilogramm (kg) multipliziert mit der Erdbeschleunigung $g = 9,81 \frac{m{s^2}$.

Richtung

Jede Kraft besitzt eine Richtung, welche darüber entscheidet wie ein Körper belastet wird. So wirkt die Gewichtskraft $G$ (auch: $F_G$) immer senkrecht nach unten. Wenn ich jedoch einen Freund besuche und dafür die Hausklingel drücken muss, kann ich die vorhandene Schwerkraft nicht nutzen, da sie in die falsche Richtung wirkt. Daher benötige ich eine horizontale Kraft, wie z.B. die Muskelkraft meines Zeigefingers. Dieses einfache Beispiel zeigt, dass die Richtung der Kraft darüber entscheidet wie ein Körper belastet wird. 

Beschreiben lässt sich die Richtung der Kraft durch ihre Wirkungslinie und den Richtungssinn:

Wirkungslinie und Richtungssinn
Wirkungslinie und Richtungssinn

In der obigen Grafik ist die Wirkungslinie $f$ der Kraft $F$ zu sehen. Der Richtungssinn der Kraft $F$ ist durch den Pfeil gegeben. Zeigt die Kraft weder in vertikale noch in horizontale Richtung, so gibt man den Winkel $\alpha$ der Kraft zur Horizontalen an. Es ist möglich die Abweichung der Wirkungslinie von der Horizontalen durch einen Winkel zu bestimmen. In der obigen Grafik wird also die Kraft $F$ mit dem Winkel $\alpha$ zur Horizontalen in die Richtung des Pfeils angebracht, um das Gewicht $G$ zu halten. 

Angriffspunkt

Zuletzt erfolgt die Beschreibung des Angriffspunkts. Dieser gibt den Punkt auf einem Körper an, der durch eine Kraft mit einem bestimmten Betrag aus einer bestimmen Richtung belastet wird. Sobald sich der Angriffspunkt verschiebt, ändert sich auch die Wirkung auf den belasteten Körper. Das bedeutet also, dass abhängig davon wo sich der Angriffspunkt befindet und in welche Richtung die Kraft wirkt unterschiedliche Bewegungen des Körpers die Folge sind.

Angriffspunkte
Angriffspunkte

In der obigen Abbildung bewirkt die Kraft $F$ beim ersten Würfel eine Verschiebung nach links oben, beim zweiten Würfel eine Verschiebung nach rechts unten.