Kräfte in der Physik

Kräfte der Physik mit Kennzeichnung und Eigenschaft müssen wir beim Haus bauen kennen um die Standsicherheit von Gebäuden gewährleisten zu können. Man berechnet das Drehmoment um das Kräftegleichgewicht herstellen zu können.



Kräfte Eigenschaften

Am deutlichsten sieht man das Kräfte einwirken daran das sich ein Zustand geändert hat. Somit erkennt man die Kräfte an ihrer Wirkung, die Kraft selbst kann man dabei nicht sehen. So definierte unser Dozent an der Techniker Schule den Begriff der Kraft und gab uns dazu auch gleich ein paar Beispiele zu den Bewegungszustandsänderungen die durch die Einwirkung von Kraft die Ursache war.

Bewegungszustandsänderungen durch Kräfte, Beispiele:

  • Wenn sich ein Körper bewegt der vorher in Ruhe war
  • Ein Körper der sich bewegt und plötzlich beschleunigt
  • Ein Körper vollzieht eine Richtungsänderung in seiner Bewegung

Verformung durch Kräfte, Beispiele:

  • Ein Stahlträger biegt sich durch
  • Ein Auto bei einem Unfall
  • Ein Hagelkorn trifft auf eine Dachdichtungsbahn

Kräfte können auch so klein in ihrer Wirkung sein, das man die mit dem Auge nicht mehr wahrnehmen kann. Damit wir in der Planung die Kräfte genau beschreiben können muss man Wirkung kennen. Dazu braucht man drei Beschreibungen der Kräfte:

  • Die Größe der Kräfte [N] = Newton
  • Die Richtung der Kräfte
  • Die Angriffspunkte der Kräfte die auch einen Körper wirken

Die Kräfte die auf einen Körper wirken die durch deren Richtung bestimmt werden, nennt man in der physikalischen Größe, Vektoren. Die physikalischen Größen der Kräfte kann man mit einer technischen Zeichnung darstellen. Wir nennen das dann die graphische Kräftezerlegung die mit Pfeilen dargestellt werden. Dazu kann ich Ihnen noch ein paar Beispiele zeigen. Und natürlich auch die rechnerischen Lösungen.

Wie Kräfte auf feste Körper wirken das lernt man als Techniker bereits in der Ausbildung und macht zur Veranschaulichung Versuche um diese Gesetzmäßigkeiten zu erlernen wie an der Gleichung vom Hookeschen Gesetz D = Fg / s [D]= N/cm s = Verlängerung vom Weg der Schraubenfeder. Die Formel kann man umstellen somit kann man auch errechnen welche Kraft Fg man benötigt um eine gewisse Verlängerung zu bekommen.



Reibungskraft

Die Ermittlung der Reibungskraft benötigt man wenn man einen Körper abbremsen will oder wie viel Männer erforderlich sind um einen Steinquader auf einer schiefen Ebene nach oben zu ziehen wie zum Beispiel beim Bau der Pyramiden in Ägypten. Natürlich hängt das von der Normalkraft N die Senkrecht zum Erdmittelpunkt steht ab. Auch hier sind Kräftezerlegungen und noch ein paar andere Faktoren und Werte erforderlich.

Kräftegleichgewicht

Damit sich unsere Bauteile immer im Ruhezustand befinden müssen wir ein Kräftegleichgewicht erwirken. Wir wollen ja nicht das sich unsere verwendeten Baustoffe bei einer großen Krafteinwirkung verformen. Solche Kräfte heißen bei uns in der Bautechnik, Resultierende.

Kräfteermittlung der Resultierenden

Um die Größe und Richtung einer Kraft zu bestimmen muss man das Einwirken der Gegenkraft ermitteln. Beispiel beim Hausbau - wenn wir die Kopfbänder von den Holzpfosten unter der Mittelpfette beim Dachstuhl berechnen oder der Oberleitung einer Straßenbahn, wie viel Zugspannung man auf dem Zugseil braucht.

Kräftezerlegung

Eine Strebe an unserem Dachstuhl hat das Bedürfnis die wirkende Strebkraft auf den Streckbalken zu übertragen, dabei besteht die Gefahr des Abscheren bei unseren Holzbalken. Damit das nicht passiert und wir unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten die Stützfläche ermitteln können oder in wie weit sich eine Straßenlampe bei ihrem Gewicht durch hängt, deshalb benötigen wir das Zerlegen von Kräften am Bau. Und nun kommen wir endlich zum eigentlichen Thema, dem Drehmoment.

Drehmoment, Auflagerkräfte, Schwerpunkt, Standsicherheit

Wenn ich eine Zeitung lese, dann fange ich immer hinten an, weil ich denke das dort das Fazit stehen muss und ich mir das ganze Vorgeplänkel ersparen könne. Hinterher stellt sich dann oft raus, anders wäre es auch gegangen. Doch weil ich diese Seite zum Thema Hausbau beinahe mit der Rubrik Statik begonnen habe, brauche ich als nächstes das Thema Drehmoment. Das Drehmoment müssen wir nämlich auch noch von den Holzbalken für den Holzbalkon berechnen. Auch für die Bemessung der Stahlbetondecken oder die Ermittlung der Dachsparren, Pfetten und Grate ist das wichtig. Da kann man nämlich schön berechnen wie lang ein Hebel sein muss wenn ein Ägypter einen Steinquader anheben will. Um die Auflagerkräfte zu ermitteln und die Durchbiegung, im Maschinenbau wenn es darum geht Hebezeuge zu konstruieren, die Standsicherheit von Gebäuden zu ermitteln, das sind alles Beispiele wo das Drehmoment eine große Rolle spielt. Welche Kraft muss ein Motor haben um den unter der Berücksichtigung der Reibungszahl My auf eine gewisse Geschwindigkeit zu beschleunigen, so lassen sich die Kräfte in einen Zusammenhang bringen. Welche Kraft braucht man um eine Rakete von 120 Tonnen Gewicht ins All zu schießen und wie viel Treibstoff benötigt man, was kostet das und noch viel mehr kann man da mit der Physik alles errechnen. Man muss sich nur darüber im klaren sein welche Kräfte auf einen Körper wo und in welcher Richtung wirken.



Drehmoment Hebelgesetz