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Was ist eine Kraft?

Verformen, Richtung ändern, beschleunigen — drei Wirkungen, ein Begriff. Dazu Formelzeichen, Einheit und die Gleichung, die alles zusammenhält.

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Einstieg — Drei Dinge, die eine Kraft anrichten kann

Die Dynamik ist das Teilgebiet der Physik, in dem Kräfte und ihre Wirkungen untersucht werden.

Frage 1 · Woran erkennt man eine Kraft?Man kann eine Kraft nicht sehen und nicht anfassen. Man sieht immer nur, was sie anrichtet. Welche Wirkungen gibt es?
Frage 2 · Wie groß ist „ein Newton“?Meter und Kilogramm kann man sich vorstellen. Aber wie viel ist 1 N? Und warum steckt in dieser Einheit ein Kilogramm, ein Meter und eine Sekunde?

Woran erkennt man überhaupt, dass eine Kraft wirkt? Man sieht nie die Kraft, immer nur ihre Folgen — am Fußball auf dem Rasen gleich dreifach.

  • Eingedellt:Der Tritt verformt den Ball.
  • Losgeflogen:Aus der Ruhe heraus wird er beschleunigt.
  • Abgelenkt:Die Faust des Torwarts ändert seine Richtung.

Drei Beobachtungen, ein einziger Begriff dahinter.

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Erklärung — Kraft — Definition, Formelzeichen, Einheit

In der Physik versteht man unter Kraft eine Einwirkung auf einen Körper, die ihn verformt, seine Richtung ändert oder ihn beschleunigt.

Die drei Kraftwirkungen
Eine Kraft verformt einen Körper, ändert seine Richtung oder beschleunigt ihn.
Verformen

Der Körper wird gedehnt, gestaucht oder eingedellt.

Richtung ändern

Er bewegt sich danach anders herum als vorher.

Beschleunigen

Er wird schneller oder langsamer.

verformen F Richtung ändern F beschleunigen F
Formelzeichen und Einheit
\( F \)  bzw.  \( \vec{F} \)   ·   \( [F] = 1\,\mathrm{N} \)
N

Newton, die Einheit der Kraft.

\( \vec{F} \)

Pfeilschreibweise — gemeint ist dann nicht nur der Betrag, sondern auch die Richtung.

Grundgleichung der Mechanik
\( F = m \cdot a \)
F

Kraft in Newton (N).

m

Masse in Kilogramm (kg).

a

Beschleunigung in m/s².

Warum 1 N = 1 kg·m/s² gilt

Ein Newton ist genau die Kraft, die einen ruhenden Körper so beschleunigt:

  • Masse:1 kg — der Körper ist vorher in Ruhe.
  • Dauer:1 Sekunde, gleichförmig beschleunigt.
  • Ergebnis:Er hat danach die Geschwindigkeit 1 m/s.

Genau das steckt in der Einheit:

\( F = m \cdot a \)Grundgleichung
\( [F] = [m] \cdot [a] = 1\,\mathrm{kg} \cdot 1\,\tfrac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}^2} \)Einheiten einsetzen
\( 1\,\mathrm{N} = 1\,\dfrac{\mathrm{kg} \cdot \mathrm{m}}{\mathrm{s}^2} \)Ergebnis
Newton ist keine Grundeinheit. Es ist aus Kilogramm, Meter und Sekunde abgeleitet — und lässt sich darum jederzeit zur Einheitenkontrolle zurückübersetzen.

Kraft ist eine vektorielle Größe

Es genügt nicht zu sagen, wie stark gezogen wird.

  • Richtung entscheidet:Zwei gleich starke Kräfte können sich aufheben oder verdoppeln — je nachdem, wohin sie zeigen.
  • Zwei Angaben:Eine Kraft hat eine eindeutige Größe und eine eindeutige Richtung.
  • Vektoriell:So heißen solche Größen; man schreibt sie mit Pfeil: \( \vec{F} \).
Kraft auf einen Blick
GrößeZeichenEinheitArt
Kraft\(F\) bzw. \(\vec{F}\)N = kg·m/s²vektoriell
Masse\(m\)kgskalar (nur Betrag)
Beschleunigung\(a\) bzw. \(\vec{a}\)m/s²vektoriell
✓ Frage 1 gelöstMan erkennt eine Kraft an ihrer Wirkung: verformen, Richtung ändern oder beschleunigen. Mindestens eine dieser drei Wirkungen tritt immer auf.
✓ Frage 2 gelöst1 N beschleunigt 1 kg in 1 s auf 1 m/s. Deshalb stehen in der Einheit genau diese drei Größen: \(1\,\mathrm{N} = 1\,\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}/\mathrm{s}^2\).
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Interaktiv — Das Kraftwirkungs-Labor

Drei Versuchsaufbauten zeigen unterschiedliche Wirkungen einer Kraft. Beobachte, welche der drei Wirkungen jeweils eintritt — und wie stark sie mit der Kraft wächst.

Drei Aufbauten, eine Kraft

F
0 N

In allen drei Aufbauten wirkt dieselbe physikalische Größe — nur die beobachtbare Folge ist eine andere. Und in allen drei Fällen gilt: keine Kraft, keine Änderung.

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Hinweise — Worauf du achten solltest

Drei häufige Stolperstellen:

Hinweis

Kraft ist nicht Masse. Kilogramm sagt, wie viel Materie ein Körper enthält, Newton sagt, wie stark auf ihn eingewirkt wird. In \(F = m \cdot a\) stehen beide nebeneinander.

Hinweis

Bewegung allein heißt nicht Kraft. Eine Kraft ändert die Bewegung — wer mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus fährt, braucht dafür keine resultierende Kraft.

Hinweis

Newton ist abgeleitet, keine Grundeinheit wie kg oder m: \(1\,\mathrm{N} = 1\,\mathrm{kg}\cdot\mathrm{m}/\mathrm{s}^2\). Damit lässt sich in jeder Rechnung prüfen, ob die Einheiten passen.

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