Kraft-Rechner

Ein Kraftrechner ist ein einfach zu bedienendes Werkzeug, das Ihnen hilft, die fehlende Variable in einer physikalischen Kraftformel F = ma zu finden. In dieser Kraftgleichung ist F die Kraft, m ist die Masse des Objekts und a ist seine Beschleunigung.

Der Kraftrechner bestimmt die Kraft, die erforderlich ist, um ein Objekt zu beschleunigen. Diese Gleichung ist als zweites Newtonsches Gesetz der Bewegung bekannt und ist ein Grundprinzip der Physik.

Die Kraftgleichung F = ma besagt, dass die Kraft gleich dem Produkt aus der Masse und der Beschleunigung eines Objekts ist.

Sie können es in jeder Variante verwenden. Wenn Sie die Masse und die Beschleunigung kennen, können Sie die Kraft (F = ma) berechnen. Wenn Sie die Masse und die Kraft kennen, können Sie die Beschleunigung berechnen (a = F/m). Schließlich haben Sie Informationen über Beschleunigung und Kraft. In diesem Fall können Sie die Ihnen bekannten Variablen eingeben und die Masse des Objekts (m = F/a) berechnen.

Um den Kraftrechner zu verwenden, geben Sie die Werte der beiden Variablen ein, und der Rechner ermittelt den Wert der dritten Variablen.

Der Newton-Kraftrechner verwendet die gängigsten Masse-, Beschleunigungs- und Kraftmessungen. Höchstwahrscheinlich finden Sie unter ihnen die, die Sie brauchen.

Force Calculator Anwendungen

Erstens hilft der Kraft-Masse-Beschleunigungs-Rechner Schülern, Lehrern und Berufstätigen, die schnell und genau Kräfte berechnen müssen, um Probleme in der Schule oder bei der Arbeit zu lösen.

Ingenieure können den Rechner f = ma verwenden, um die Kraft zu bestimmen, die erforderlich ist, um eine Last zu bewegen, oder um die Kraft zu berechnen, die auf eine Maschine wirkt. Diese Informationen sind für den Entwurf und die Konstruktion von Brücken, Gebäuden und Geräten unerlässlich.

Mit dem Rechner für das zweite Newtonsche Gesetz können Wissenschaftler herausfinden, wie sich Flüssigkeiten und Gase verhalten und wie sich die Schwerkraft auf Dinge im Raum auswirkt.

Physiker können mit dem Rechner Berechnungen im Zusammenhang mit Energie und Thermodynamik durchführen. Sie können die potenzielle und kinetische Energie eines Objekts berechnen.

Die Newtonschen Gesetze

Isaac Newton leistete monumentale Beiträge zum Gebiet der klassischen Mechanik durch seine Formulierung der drei Bewegungsgesetze. Sein bekanntestes Werk, "Philosophiae Naturalis Principia Mathematica", allgemein bekannt als die Principia, wurde erstmals 1687 veröffentlicht. In diesem bahnbrechenden Traktat legte Newton die Grundlagen für die klassische Mechanik und führte seine Bewegungsgesetze sowie das Gesetz der universellen Gravitation ein.

In den Principia baute Newton auf den Erkenntnissen seiner Vorgänger, wie Galileo und Kepler, auf und führte revolutionäre Konzepte ein, die das Verständnis physikalischer Phänomene grundlegend verändern würden. Einer seiner Schlüsselbeiträge, bekannt als Newtons erstes Gesetz oder das Trägheitsgesetz, besagt, dass ein ruhendes Objekt in Ruhe bleibt und ein sich bewegendes Objekt sich mit konstanter Geschwindigkeit entlang einer geraden Linie bewegt, es sei denn, es wird von einer äußeren Kraft beeinflusst. Dieses Prinzip gilt universell, ob auf der Erde oder im Weltraum. Auf der Erde spielen externe Kräfte wie Reibung und Luftwiderstand oft eine bedeutende Rolle, aber das Gesetz selbst ist universell anwendbar.

Lassen Sie uns eine kurze Formulierung aller drei Gesetze geben und dann das zweite Gesetz, das in unserem Online-Rechner verwendet wird, näher betrachten.

Das erste Newtonsche Gesetz

Ein Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geraden Linie, solange keine Kraft auf ihn einwirkt.

Das erste Newtonsche Gesetz wird auch als Trägheitsgesetz bezeichnet. Eine einfache Veranschaulichung dafür wäre ein Hockey-Puck auf einem gefrorenen See. Wenn der Puck in Ruhe ist, bleibt er in Ruhe, bis eine Kraft, z. B. ein Hockeyschläger, ihn anstößt. Wenn der Puck in Bewegung ist, bewegt er sich in einer geraden Linie über das Eis, bis eine Kraft wie die Reibung des Eises oder ein Zusammenstoß mit einem anderen Puck ihn dazu veranlasst, seine Richtung oder Geschwindigkeit zu ändern.

Das zweite Newtonsche Gesetz

Wenn auf einen Körper eine Kraft einwirkt, ist die zeitliche Änderungsrate seines Impulses gleich der Kraft.

Wir können die Auswirkungen des zweiten Newtonschen Gesetzes oft im Leben beobachten. Eine Möglichkeit, dies zu veranschaulichen, ist die Darstellung einer Person, die eine schwere Kiste über den Boden schiebt. Wenn die Person eine kleine Kraft auf die Kiste ausübt, bewegt sich die Kiste vielleicht gar nicht oder nur sehr langsam. Wendet die Person jedoch eine größere Kraft auf die Kiste an, wird sie beschleunigt (schneller) über den Boden bewegt. Wenn die Kiste außerdem massiver ist, lässt sie sich schwerer beschleunigen und erfordert mehr Kraft, um sie zu bewegen.

Das dritte Newtonsche Gesetz

Wenn zwei Körper Kräfte aufeinander ausüben, haben diese Kräfte den gleichen Betrag, aber entgegengesetzte Richtungen.

Stellen Sie sich zwei Personen vor, die gegeneinander drücken. Wenn die eine Person stärker drückt, stößt die andere Person mit gleicher Kraft zurück. Nach diesem Prinzip funktionieren Raketentriebwerke: Die heißen Gase, die aus dem hinteren Teil der Rakete ausgestoßen werden, erzeugen eine Reaktionskraft, die die Rakete vorwärts treibt.

Das zweite Newtonsche Gesetz im Detail

Mit der Entdeckung des zweiten Newtonschen Gesetzes wurde sein Name mit dem physikalischen Konzept der Kraft verbunden. Und das zweite Gesetz selbst ist eng mit den Begriffen Kraft, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Masse verbunden.

Was ist eine Kraft in der Physik? Die Kraft ist eine physikalische Größe, die eine Richtung (Vektor) haben muss, und sie ist ein Maß für die auf den Körper wirkende Aktivität. Der Buchstabe F steht für Kraft.

Sie können die Größe der Kraft z. B. mit einem speziellen Gerät - einem Dynamometer - messen. Es besteht in der Regel aus einer Feder, die mit einem Pfeilzeiger verbunden ist. Wenn die Feder gedehnt wird, biegt sich der Pfeil durch und zeigt die quantitative Charakteristik der Kraft F an.

Die Art und Weise, wie sich die Geschwindigkeit im Laufe der Zeit ändert, wird als Beschleunigung bezeichnet (sie wird gewöhnlich mit dem Buchstaben a bezeichnet). In der Praxis, im wirklichen Leben, bewegen sich alle Körper mit Beschleunigung. Wenn die Geschwindigkeit gleichmäßig zunimmt oder abnimmt, wird diese Bewegung als Gleichgewichtsbeschleunigung bezeichnet.

Mit dieser Formel kann die Beschleunigung berechnet werden:

a = (V - V₀) / t

Dabei ist a die Beschleunigung, V die Geschwindigkeit im letzten Moment, V₀ die Geschwindigkeit im ersten Moment und t die Zeit, in der diese Beschleunigung stattgefunden hat.

Ein Beispiel für eine Bewegung mit Beschleunigung wäre eine Person oder ein Gegenstand, der fällt. Es wird mit der gleichen Beschleunigung fallen, die durch die Schwerkraft der Erde verursacht wird.

Und schließlich wird die Bewegungseigenschaft eines Körpers durch seine Masse beeinflusst, die üblicherweise mit dem Buchstaben m bezeichnet wird. In der Physik ist die Masse oft ein Maß für die Trägheit eines Körpers. Das heißt, je größer die Masse eines Körpers ist, desto schwieriger ist es, ihn zu bewegen. Wenn er jedoch bereits bewegt wurde, ist es auch schwieriger, ihn anzuhalten.

Das zweite Gesetz beschreibt, was mit einem physischen Körper unter dem Einfluss äußerer Kräfte geschieht. Dieses Gesetz besagt, dass die Beschleunigung des Körpers umso größer ist, je größer die Summe der auf den Körper einwirkenden äußeren Kräfte ist.

Das erste Newtonsche Gesetz versuchte einst zu erklären, wie die Himmelsmechanik funktioniert, wie sich die Planeten kontinuierlich um die Sonne bewegen. Im Gegensatz dazu ist das zweite Gesetz in dieser Hinsicht bodenständiger. Es erklärt die Bewegung von Körpern hier auf der Erde. Das zweite Gesetz wird oft verwendet, um die Bewegung von Objekten im Alltag zu beschreiben, wie zum Beispiel die Bewegung eines Autos auf einer Straße oder die Bewegung eines in die Luft geworfenen Balls.

Es ist das Grundgesetz der Dynamik und auch das Grundgesetz der physikalischen Natur.

Es gibt mehrere klassische Definitionen des zweiten Newtonschen Gesetzes. Die erste besagt, dass die Kraft, die auf einen Körper einwirkt, gleich dem Produkt aus der Masse des Körpers und der von der Kraft ausgeübten Beschleunigung ist.

Die zweite Definition geht nicht von der Kraft, sondern von der Beschleunigung aus; sie besagt, dass die Beschleunigung eines Körpers direkt proportional zu der auf ihn wirkenden Kraft und umgekehrt proportional zu seiner Masse ist.

Newtons Zweites Gesetz - Formeln

Die klassische Kraftgleichung stellt die erste Definition dar, die wir Ihnen gegeben haben:

F = ma

F ist die Kraft, die auf den Körper wirkt, m ist seine Masse und a ist die Beschleunigung.

Für die zweite Definition würde die Gleichung wie folgt lauten:

a = F/m

Je größer die Kraft ist, die auf einen Körper wirkt, desto größer ist seine Beschleunigung. Je größer die Masse des Körpers ist, desto geringer ist seine Beschleunigung.

Es genügt, die Größe und Richtung aller in einem mechanischen System wirkenden Kräfte sowie die Masse der materiellen Körper, aus denen es besteht, zu kennen. Man kann sein Verhalten in der Zeit mit völliger Genauigkeit berechnen.

Das zweite Gesetz steht in engem Zusammenhang mit dem Konzept der Trägheit, d. h. der Tendenz eines Objekts, sich Änderungen seiner Bewegung zu widersetzen. Nach dem zweiten Gesetz gilt: Je größer die Masse eines Objekts ist, desto größer ist die Kraft, die erforderlich ist, um es zu beschleunigen, und desto größer ist seine Trägheit.

Beispiele für das zweite Newtonsche Gesetz

Ein gutes Beispiel ist das Schlagen eines Balls. Wenn wir einen Ball schießen, üben wir eine Kraft aus, die seine Richtung und Beschleunigung bestimmt. Je härter der Stoß, desto schneller fliegt der Ball.

Einen Einkaufswagen in einem Supermarkt schieben. Versuchen Sie, einen leeren und einen beladenen Wagen zu schieben. Im zweiten Fall ist eine viel größere Kraft erforderlich, um dem Wagen die gleiche Beschleunigung zu verleihen wie im ersten Fall. Dies ist ein hervorragendes Beispiel, um zu zeigen, wie das Gewicht die Newtonsche Gesetzmäßigkeit beeinflusst.

Ein Golf- oder Baseballspiel ist ein gutes Beispiel für das Newtonsche Gesetz in Aktion. Nehmen Sie einen Baseballschläger und einen Ball. Angenommen, Sie schlagen den Ball mit dem Schläger, und der Aufprall ist stärker als alle anderen Kräfte. In diesem Fall wird der Ball eine Beschleunigung erfahren, die dem Verhältnis der resultierenden Kräfte zu seiner Masse entspricht.

Berechnungsbeispiele

Schauen wir uns ein paar Berechnungen an, die mit unserem Kraftrechner durchgeführt werden können. Um die Kraft zu messen, nehmen wir die Standardkraftformel F = ma.

Um die Masse zu berechnen, nehmen wir ihre Variante: m = F/a. Und um die Beschleunigung zu bestimmen, verwenden wir die Formel a = F / m.

Kraftberechnung

Ein Auto mit einer Masse von 2 Tonnen hat seine Geschwindigkeit 5 Minuten (300 Sekunden) lang von 10 m/s auf 16 m/s erhöht. Bestimmen Sie die Kraft, die die Beschleunigung überträgt.

Bestimmen Sie zunächst die Beschleunigung nach folgender Formel

a = (V - V₀) / t

a = (V - V₀) / t = (16 - 10) / 300 = 0,02 = m/s²

Jetzt kennen wir die Beschleunigung des Autos, nämlich 0,02 = m/s². Wir kennen die Masse: 2000 Kilogramm. Wir können also die Daten, die wir haben, in die Gleichung für die Kraft einsetzen und die Kraft berechnen:

F = ma = 2000 × 0,02 = 40 Newton

Die Kraft, die die Beschleunigung bewirkt, ist also gleich 40 Newton.

Berechnung der Beschleunigung

Welche Beschleunigung erfährt ein 2 Kilogramm schwerer Stein, wenn eine Kraft von 20 Newton auf ihn einwirkt?

Bei diesem Problem kennen wir die Masse und die Kraft. Daher können wir zwei bekannte Variablen in die Formel einsetzen und die Beschleunigung berechnen:

a = F / m = 20 / 2 = 10 m/s²

Als Ergebnis haben wir festgestellt, dass der Felsen eine Beschleunigung von 10 m/s² entwickelt.

Massenberechnung

Ein Baukran übt eine Kraft von 1000 Newton aus, um einen Betonblock zu heben, und der Block hat eine Beschleunigung von 0,5 m/s². Um die Masse des Blocks zu berechnen, können wir die Formel verwenden:

m = F / a

Wir setzen die Daten, die wir haben, sowie die Kraft und die Beschleunigung in die Formel ein, und wir erhalten:

m = F / a = 1000 / 0,5 = 2000 kg

Die Masse des Blocks beträgt also 2000 kg.

Schlussfolgerung

Der Kraftrechner ist ein wertvolles Werkzeug für jeden, der Physik studiert oder in der Physik und im Ingenieurwesen arbeitet. Er ist ein einfacher und effizienter Rechner zum Lösen von Problemen mit Kraft, Masse und Beschleunigung, der auf dem zweiten Newtonschen Bewegungsgesetz basiert.

Das zweite Newtonsche Bewegungsgesetz ist der Eckpfeiler der klassischen Mechanik. Es dient als Grundlage für die Konstruktion von Raketen und anderen Fahrzeugen, die Untersuchung der Strömungsdynamik und die Analyse von Strukturen und Materialien.

Mit dem Kraftrechner können Sie ganz einfach die fehlende Variable in der Gleichung F = ma finden und sie zur Lösung von Problemen in verschiedenen Bereichen verwenden. Ob Sie Student, Physiklehrer, Ingenieur oder Wissenschaftler sind, dieser Kraftrechner wird Ihre Berechnungen genauer und effizienter machen.