1.5.1 Das Wechselwirkungsgesetz

1.5.1.1 Kräfte beim Anfahren und Bremsen eines Autos

Abb. 1                                                                 Abb.2                           

Ein Spielauto mit leicht aufgezogenem Federmotor wird zunächst am Fahrbahnrand mit einem Faden festgehalten und in einem passenden Augenblick freigegeben (siehe Abb. 1 und Abb. 2) .

Der Anfang und das Ende des hierbei aufgezeichneten t-s-Diagramms ist durch parabelförmige Abschnitte gekennzeichnet, die eine gleichförmig beschleunigte Bewegung mit positiver bzw. negativer Beschleunigung anzeigen. Wenn die Geschwindigkeit in Richtung der x-Achse größer wird (Geschwindigkeitsänderung >0), dann spricht man von einer positiven, andernfalls von einer negativen Beschleunigung. Mit „Mathe.-Physik” oder dem „CASSY-LAB- Programm“ können dem Bewegungsdiagramm Parabeln angepasst und die zugehörenden Terme bestimmt werden. Der Faktor vor t² gleicht der halben Beschleunigung. Nach Kenntnis der Beschleunigung ist die Berechnung der Anfahr- und Bremskraft möglich.

Wer beschleunigt das Auto ?

Warum fährt ein Auto an ?

Der Motor kann nicht als unmittelbare Ursache angesehen werden, da nach dem Trägheitssatz nur äußere Kräfte eine Beschleunigung herbeiführen. Die Kraft muss von der Straße ausgehen. Die Räder greifen an der Straße an und verformen deren Oberfläche, so dass die Straße wie eine gestauchte Feder auf das Auto einwirkt.

Zur Überprüfung dieses Sachverhalts denken wir uns ein Spielauto auf einer beweglichen Fahrbahn ( 2 Experimentierwagen tragen eine Glasplatte, siehe Abb. 3) .

Abb. 3

Fährt das Spielauto an, dann erfahren sowohl das Auto wie die bewegliche Fahrbahn einen Impuls. Nach dem Impulssatz müssen die beiden Impulse betragsmäßig übereinstimmen.

Schlussfolgerung:

Das Auto übt eine Kraft auf die bewegliche Fahrbahn aus (erteilt ihr einen Impuls entgegen der eigenen Bewegungsrichtung ), und diese wirkt mit einer gleich großen Kraft auf das Auto.

Wir schließen hieraus:

Jeder Kraft wirkt eine gleich große Kraft entgegen.

Wechselwirkungsgesetz

Abb. 4

Auf das Wechselwirkungsgesetz muss zur Erklärung des in der Abb. 4 erkennbaren Vorgangs hingewiesen werden. Die auf einem Floß stehenden Kinder ziehen an einm Seil, welches die beiden Ufer eines Flüßchens miteinander verbindet. Sie erzeugen damit eine Gegenkraft des Seils, die ihre Bewegung veranlasst.

1.5.5.2 Demonstration zur Gegenkraft einer Hauswand

Die nach dem Wechselwirkungsgesetz zu erwartende Gegenkraft ist häufig Ausdruck einer Verformung. Selbst die Wand eines Klassenzimmers wird unter dem Druck einer Hand verbogen. Eine solche Wandverbiegung kann mit der Experimentierwippe nachgewiesen werden ( siehe Abb. 5).

Abb. 5

Zwischen dem Stativstab auf dem Rand der drehbaren Glasplatte und einer Wand (keine Betonwand) wird ein dünner Stahldraht straff aufgespannt. Eine durch Händedruck verursachte Verformung bewirkt eine geringe Drehung der Glasplatte, die in bekannter Weise von einem Rechner registriert wird.