Eine Kraft ist eine gerichtete Größe: Nicht nur wie stark, sondern auch wohin. Angriffspunkt, Richtung, Betrag und Wirkungslinie am Kraftpfeil.
Eine Kraft ist eine gerichtete Größe — deshalb zeichnet man Kräfte als Pfeile.
Zwei Personen ziehen an einem Seil, jede mit 50 N:
Ein Kraftpfeil ist mehr als ein Strich mit Spitze: An ihm lassen sich vier Dinge ablesen.
Der Punkt, an dem der Pfeil beginnt. Dort greift die Kraft am Körper an.
Wohin die Pfeilspitze zeigt.
Die Länge des Vektors. Sie sagt, wie stark die Kraft ist.
Die gestrichelte Gerade, auf der der Pfeil liegt und die über ihn hinaus verlängert wird.
Ein Pfeil mit bestimmter Richtung und Länge.
Kraft, Geschwindigkeit und Beschleunigung sind vektorielle Größen.
Der Maßstab wird vor dem Zeichnen vereinbart. Er sagt, wie viele Newton ein Zentimeter Pfeillänge bedeutet.
In Physik und Geometrie sind Vektoren gerichtete Größen, also Pfeile mit Richtung und Länge.
Mit einem vereinbarten Maßstab wie 1 cm ≙ 2 N geht es in beide Richtungen — hier der Weg vom Betrag zur Länge:
Derselbe Maßstab rückwärts, also von der gemessenen Länge zum Betrag:
| Maßstab | geeignet für | Beispielkraft | Pfeillänge |
|---|---|---|---|
| 1 cm ≙ 1 N | sehr kleine Kräfte | 3 N | 3,0 cm |
| 1 cm ≙ 2 N | kleine Kräfte | 17,4 N | 8,7 cm |
| 1 cm ≙ 10 N | mittlere Kräfte | 55 N | 5,5 cm |
| 1 cm ≙ 100 N | sehr große Kräfte | 420 N | 4,2 cm |
Betrag, Richtung und Maßstab der Kraft lassen sich unabhängig verändern. Beobachte, welcher der vier Bestandteile sich mit welchem Regler ändert.
Der Betrag ändert nur die Länge, der Winkel nur die Richtung; der Angriffspunkt bleibt derselbe. Der Maßstab verändert die Kraft nicht, sondern nur ihre Länge auf dem Papier.
Drei häufige Stolperstellen:
Länge nur bei gleichem Maßstab vergleichbar: 4,2 cm bei 1 cm ≙ 100 N sind 420 N, 8,7 cm bei 1 cm ≙ 2 N nur 17,4 N. Zu jeder Zeichnung gehört deshalb der Maßstab.
Der Angriffspunkt ist nicht egal: Er sagt, wo die Kraft am Körper angreift, und gehört zur Darstellung dazu. Der Pfeil beginnt dort — er endet nicht dort.
Wirkungslinie ist nicht der Kraftpfeil: Der Pfeil hat Anfang, Ende und Spitze. Die Wirkungslinie ist eine gestrichelte Gerade ohne Länge und ohne Spitze.