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Technische Mechanik 1: Statik - Der Kraftbegriff

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Technische Mechanik 1: Statik

Der Kraftbegriff

Inhaltsverzeichnis

Der Begriff der Kraft kennzeichnet sich dadurch, dass Kraft zwar allgegenwärtig wirkt, sie selbst dennoch nicht direkt beobachtet werden kann, sondern lediglich ihre Wirkung.

Beispiel: Kraft und Wirkung

Beispiel

Einen sehr einfachen Fall von Kraft und Kraftwirkung stellt die Muskelkraft dar. Durch Muskelspannung ist es möglich direkt Kraft auf andere Körper zu übertragen. Man stelle sich einen Bleistift vor, der von zwei Fingern einen Meter über dem Boden festgehalten wird. Im vereinfachten Fall haben wir nun zwei Kräfte, die zueinander im Gleichgewicht stehen. Zum einen die Muskelkraft, die den Bleistift fest zwischen den Fingern hält und zum anderen die Schwerkraft, welche aufgrund der Gravitation der Erde kontinuierlich versucht den Stift nach unten auf den Boden zu ziehen. Beide Kräfte wirken somit entgegengesetzt und halten den Stift in der Ruheposition einen Meter über dem Boden. Solange die Muskelkraft gleich der Schwerkraft ist, bleibt der Stift in dieser (Ruhe)-Position.

Andere Arten von Kräften finden sich überall in unserem alltäglichen Leben:

  • Bereits kennengelernt haben wir die Gewichtskraft die mit der Schwerkraft gleichzusetzen ist.
  • Reibungskraft: Diese Kraft entsteht wenn zwei sich berührende Körper durch eine oder mehrere Kräfte voneinander verschoben werden.
  • Magnetische Kraft: Diese Kraft tritt bei magnetischen Körpern auf und kennzeichnet sich dadurch, dass diese Körper sich entweder anziehen oder abstoßen, je nachdem wie diese zueinander stehen.
  • Dampfkraft: Die Dampfkraft entsteht infolge von Druckveränderung von Fluiden, die in geschlossenen Behältern oberhalb ihrer jeweils spezifischen Siedetemperatur erhitzt werden. 
  • Federkraft: Eine Feder kann auf Grund ihrer Geometrie zwei Kräfte erzeugen, nämlich Druckkräfte und Zugkräfte. Druckkräfte entstehen in Folge eines Zusammendrückens der Feder und Zugkräfte entstehen durch das Strecken der Feder. Die Ursache der Kräfte liegt darin, dass die Feder den "Drang" besitzt wieder in ihre Ausgangsgeometrie zurück zu kommen. Hierbei spielen besonders die Begriffe Belastung und Entlastung eine wichtige Rolle.

Eine andere Möglichkeit Kräfte zu differenzieren erfolgt durch die Betrachtung wie sie auf andere Körper wirken:

  • Einzelkräfte: Eine Kraft wirkt auf einen Punkt auf der Oberfläche des Körpers.
  • Flächenkräfte: Kräfte wirken auf eine ganze Fläche des Körpers, beispielsweise der Druck des Wassers auf eine Staumauer.
  • Volumenkräfte: Kräfte wirken auf die gesamte Oberfläche eines Körpers ein. Ein einfaches Beispiel stellt ein Körper in einem Fluid dar.

Eine weitere, andersartige Unterscheidung erfolgt in späteren Abschnitten dieses Kurses.