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Mechanik

Grundgrößen und Grundgesetze der Mechanik

2017
Ein Eishockeypuck mit einer Masse von 0,20 kg erfährt eine Kraft F₁ von 4,0 N und eine entgegengesetzt wirkende Kraft F₂ von 2,0 N. Welche Beschleunigung erfährt er?
A) 10 m/s²
B) 5 m/s²
C) 20 m/s²
D) 25 m/s²
E) 30 m/s²
Lösung: A) 10 m/s²

2019
Auf einen Eishockeypuck mit einer Masse von 0,2 kg wirken zwei entgegengesetzte Kräfte (F₁=4N, F₂=2N). Welche Beschleunigung erfährt der Eishockeypuck?
A) 10 m/s²
B) 20 m/s²
C) 15 m/s²
D) 25 m/s²
E) 5 m/s²
Lösung: A) 10 m/s²

2022
Welche Aussage zum Trägheitsgesetz stimmt?
A) Wenn keine Kraft wirkt, bleibt ein Körper in Ruhe oder bewegt sich gleichförmig auf einer geraden Bahn.
B) Wenn keine Kraft wirkt, bleibt ein Körper in Ruhe oder bewegt sich gleichförmig auf einer gekrümmten Bahn.
C) Wenn eine gleichmäßige Kraft wirkt, bleibt ein Körper in Ruhe oder bewegt sich gleichförmig auf einer geraden Bahn.
D) Ein Körper bewegt sich nur dann geradlinig, wenn eine konstante Kraft auf ihn wirkt.
E) Die Trägheit eines Körpers ist unabhängig von seiner Masse.
Lösung: A) Wenn keine Kraft wirkt, bleibt ein Körper in Ruhe oder bewegt sich gleichförmig auf einer geraden Bahn.

2023
Beim Hockeyspiel wirken zwei Kräfte auf den Puck, in eine Richtung 2 N, in die andere Richtung 4 N, Masse des Pucks 0,2 kg. Wie groß ist seine Beschleunigung?
A) 10 m/s²
B) 20 m/s²
C) 5 m/s²
D) 15 m/s²
E) 2 m/s²
Lösung: A) 10 m/s²

Die klassische Mechanik basiert auf den drei Basisgrößen Masse (Kilogramm), Länge (Meter) und Zeit (Sekunde) sowie auf den drei Newton’schen Axiomen, die Isaac Newton im 17. Jahrhundert formulierte und die bis heute die Grundlage nahezu aller mechanischen Berechnungen bilden.

Das 1. Axiom (Trägheitssatz) besagt: Solange keine äußere Kraft angreift, bleibt ein Körper in Ruhe oder behält seine Geschwindigkeit nach Betrag und Richtung bei. Kraft, Masse und Beschleunigung verknüpft das 2. Axiom (dynamisches Grundgesetz): Die Kraft F, die an einem Körper angreift, ergibt sich aus dessen Masse m mal der erreichten Beschleunigung a (F = m · a). Das 3. Axiom (Wechselwirkungsgesetz, Actio = Reactio) besagt: Übt ein Körper A eine Kraft F auf einen Körper B aus, dann wirkt von B auf A eine Kraft −F zurück, gleich groß und entgegengesetzt gerichtet.

Die drei Newtonschen Axiome mit Traegheitssatz, Aktionsprinzip und Wechselwirkungsprinzip

Die Basisgrößen hängen eng mit den Axiomen zusammen: Bewegung wird durch Länge und Zeit beschrieben (z. B. Geschwindigkeit v = s/t), Kraft hängt direkt von der Masse ab (z. B. Gewichtskraft F = m · g). Die Axiome sind zudem Grundlage für weitere mechanische Konzepte wie Energie, Impuls und Drehmoment. Ein Beispiel: Um einen Einkaufswagen mit 10 kg Masse mit 2 m/s² zu beschleunigen, ist eine Kraft von 20 N nötig.

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Das steht außerdem in diesem Kapitel

  1. Erhaltungssätze der Mechanik
  2. Translation, Rotation
  3. Arbeit, Energie, Impuls, Leistung
  4. Gravitation
  5. Reibung
  6. Dichte
  7. Auftrieb
  8. Gesetz von Bernoulli