Gewichtskraft verstehen - Kräfte - Physik
Gewichtskraft verstehen - Kräfte - Physik
Gewichtskraft verstehen - Kräfte - Physik
Einleitung
Ein Apfel fällt nach unten. Ein Ball kommt nach einem Wurf wieder zurück. Du bleibst mit den Füßen auf dem Boden.
Der Grund ist die Gewichtskraft. Die Erde zieht alle Körper an.
In diesem aiMOOC lernst Du:
- Kräfte erkennen
- die Gewichtskraft erklären
- Masse und Gewichtskraft unterscheiden
- Kräfte mit einem Kraftpfeil darstellen
- Kräfte mit einem Federkraftmesser messen
- einfache Versuche durchführen
Was ist eine Kraft?
Eine Kraft kann etwas verändern.
| Eine Kraft kann ... | Beispiel |
|---|---|
| einen Körper schneller machen | Du trittst gegen einen Ball. |
| einen Körper langsamer machen | Du bremst ein Fahrrad. |
| die Richtung ändern | Ein Ball prallt von einer Wand ab. |
| einen Körper verformen | Du drückst einen Schwamm zusammen. |
Merksatz: Kräfte wirken auf Körper. Man kann eine Kraft nicht direkt sehen. Man erkennt ihre Wirkung.
Die Gewichtskraft
Die Gewichtskraft ist die Kraft, mit der ein Himmelskörper einen Gegenstand anzieht.
Auf der Erde zieht die Gewichtskraft jeden Körper zum Mittelpunkt der Erde.
Darum zeigt die Gewichtskraft in unserer Umgebung meistens nach unten.
Zeichen der Gewichtskraft: FG
Einheit der Kraft: Newton
Kurzzeichen: N
Der Kraftpfeil
Eine Kraft wird oft als Kraftpfeil gezeichnet.
| Teil des Pfeils | Bedeutung |
|---|---|
| Anfang | Wo greift die Kraft an? |
| Richtung | Wohin wirkt die Kraft? |
| Länge | Wie groß ist die Kraft? |
| Beschriftung | Welche Kraft ist gemeint? |
Bei der Gewichtskraft zeigt der Pfeil nach unten. Er wird mit FG beschriftet.
Warum fällt ein Buch auf dem Tisch nicht?
Auch ein Buch auf einem Tisch hat Gewichtskraft.
Die Gewichtskraft zieht das Buch nach unten. Der Tisch drückt das Buch nach oben. Diese Kraft heißt Auflagekraft.
Sind beide Kräfte gleich groß, bleibt das Buch liegen.
| Kraft | Richtung |
|---|---|
| Gewichtskraft | nach unten |
| Auflagekraft | nach oben |
Merksatz: Ein ruhender Körper kann von mehreren Kräften gleichzeitig beeinflusst werden.
Masse und Gewichtskraft
Im Alltag sagen Menschen oft: „Der Rucksack wiegt fünf Kilogramm.“
In der Physik ist das genauer:
| Größe | Bedeutung | Einheit | Messgerät |
|---|---|---|---|
| Masse | Wie viel Stoff ein Körper enthält | Kilogramm | Waage |
| Gewichtskraft | Wie stark ein Himmelskörper den Körper anzieht | Newton | Federkraftmesser |
Wichtig: Die Masse bleibt an verschiedenen Orten gleich. Die Gewichtskraft kann sich ändern.
Gewichtskraft auf der Erde
Auf der Erde gilt als einfache Näherung:
Ein Kilogramm Masse hat ungefähr zehn Newton Gewichtskraft.
| Masse | Gewichtskraft auf der Erde |
|---|---|
| 100 Gramm | ungefähr 1 Newton |
| 500 Gramm | ungefähr 5 Newton |
| 1 Kilogramm | ungefähr 10 Newton |
| 2 Kilogramm | ungefähr 20 Newton |
| 5 Kilogramm | ungefähr 50 Newton |
Für einfache Rechnungen kannst Du verwenden:
Gewichtskraft = Masse · Ortsfaktor
FG = m · g
Auf der Erde ist g ungefähr 10 N/kg.
Beispielrechnung
Ein Schulranzen hat eine Masse von 3 Kilogramm.
FG = 3 kg · 10 N/kg
FG = 30 N
Der Schulranzen wird von der Erde mit ungefähr 30 Newton angezogen.
Gewichtskraft auf dem Mond
Die Anziehung auf dem Mond ist schwächer als auf der Erde.
Die Masse eines Menschen bleibt gleich. Seine Gewichtskraft ist auf dem Mond aber nur ungefähr ein Sechstel so groß.
Darum können Menschen auf dem Mond höher springen.
| Ort | Masse eines Gegenstands | Gewichtskraft |
|---|---|---|
| Erde | gleich | größer |
| Mond | gleich | kleiner |
Merksatz: Die Masse gehört zum Körper. Die Gewichtskraft hängt auch vom Ort ab.
Gewichtskraft messen
Kräfte misst man mit einem Federkraftmesser.
Im Gerät befindet sich eine Feder. Eine Kraft dehnt die Feder. An einer Skala liest Du die Kraft in Newton ab.
So misst Du richtig:
- Prüfe den Nullpunkt.
- Hänge den Gegenstand vorsichtig ein.
- Halte den Federkraftmesser ruhig.
- Lies den Wert in Newton ab.
- Überschreite niemals den Messbereich.
Mini-Versuch: Gegenstände messen
Material: Federkraftmesser, Radiergummi, Mäppchen, Schlüsselbund
- Schätze zuerst die Gewichtskraft.
- Miss danach jeden Gegenstand.
- Trage Schätzung und Messwert in eine Tabelle ein.
- Vergleiche beide Werte.
| Gegenstand | Schätzung | Messwert | Unterschied |
|---|---|---|---|
| Radiergummi | |||
| Mäppchen | |||
| Schlüsselbund |
Fallen alle Körper gleich schnell?
Ohne Luft würden Körper gleich schnell fallen.
In der Luft wirkt zusätzlich der Luftwiderstand. Er bremst manche Körper stärker.
Ein flaches Blatt Papier fällt langsam. Eine Papierkugel fällt schneller. Beide bestehen aus gleich viel Papier.
Mini-Versuch: Papier und Papierkugel
Material: Zwei gleich große Blätter Papier
- Lass zuerst beide flach fallen.
- Knülle danach ein Blatt zu einer Kugel.
- Lass Blatt und Kugel gleichzeitig fallen.
- Beobachte den Unterschied.
- Erkläre die Wirkung des Luftwiderstands.
Achtung: Steige für diesen Versuch nicht auf einen Tisch oder Stuhl.
Isaac Newton und der Apfel
Isaac Newton untersuchte Bewegungen und Kräfte.
Die bekannte Geschichte vom fallenden Apfel erinnert daran: Newton fragte sich, warum Gegenstände zur Erde fallen und warum der Mond die Erde umkreist.
Die Apfelgeschichte ist ein gutes Bild für eine wichtige Frage der Physik. Sie bedeutet nicht, dass Newton die Schwerkraft erst durch einen Schlag auf den Kopf entdeckte.
Das Wichtigste auf einen Blick
| Begriff | Einfache Erklärung |
|---|---|
| Kraft | Sie kann Bewegung oder Form verändern. |
| Gewichtskraft | Sie zieht einen Körper zu einem Himmelskörper. |
| Richtung | Auf der Erde meist zum Erdmittelpunkt. |
| Einheit | Newton |
| Messgerät | Federkraftmesser |
| Masse | Sie wird in Kilogramm angegeben. |
| Mond | Dort ist die Gewichtskraft kleiner. |
Interaktive Aufgaben
Quiz: Teste Dein Wissen
Was ist die Gewichtskraft? (Die Anziehungskraft eines Himmelskörpers auf einen Körper) (!Die Farbe eines Körpers) (!Die Geschwindigkeit eines Körpers) (!Die Temperatur eines Körpers)
In welche Richtung wirkt die Gewichtskraft nahe der Erdoberfläche? (Zum Erdmittelpunkt) (!Immer nach oben) (!Immer nach links) (!Vom Erdmittelpunkt weg)
In welcher Einheit wird eine Kraft angegeben? (Newton) (!Kilogramm) (!Meter) (!Sekunde)
Welches Zeichen wird oft für die Gewichtskraft verwendet? (F_G) (!m) (!kg) (!s)
Mit welchem Gerät misst man eine Kraft? (Federkraftmesser) (!Thermometer) (!Stoppuhr) (!Messbecher)
Welche Gewichtskraft hat ein Körper mit einem Kilogramm Masse auf der Erde ungefähr? (10 Newton) (!1 Newton) (!100 Newton) (!1000 Newton)
Was geschieht mit der Masse eines Körpers auf dem Mond? (Sie bleibt gleich) (!Sie wird null) (!Sie verdoppelt sich) (!Sie verschwindet langsam)
Wie ist die Gewichtskraft auf dem Mond im Vergleich zur Erde? (Sie ist kleiner) (!Sie ist gleich groß) (!Sie ist unendlich groß) (!Es gibt dort keine Anziehung)
Warum fällt ein Buch nicht durch einen Tisch? (Der Tisch übt eine Kraft nach oben aus) (!Das Buch hat keine Gewichtskraft) (!Die Erde hört auf zu ziehen) (!Das Buch verliert seine Masse)
Warum fällt eine Papierkugel meist schneller als ein flaches Blatt? (Sie wird durch die Luft weniger stark gebremst) (!Sie hat keine Masse) (!Sie wird von der Erde nicht angezogen) (!Sie ist immer schwerer)
Memory
| Gewichtskraft | zieht Körper zum Himmelskörper |
| Masse | wird in Kilogramm angegeben |
| Newton | Einheit der Kraft |
| Federkraftmesser | misst Kräfte |
| Kraftpfeil | zeigt Richtung und Größe |
| Mond | schwächere Anziehung als die Erde |
| Erdmittelpunkt | Zielrichtung der Gewichtskraft |
| Auflagekraft | wirkt bei einem Tisch nach oben |
Drag and Drop
| Ordne die richtigen Begriffe zu. | Thema |
|---|---|
| Gewichtskraft | wirkt zum Erdmittelpunkt |
| Masse | bleibt an verschiedenen Orten gleich |
| Federkraftmesser | misst Kräfte |
| Waage | bestimmt die Masse |
| Mond | hat eine schwächere Anziehung |
| Kraftpfeil | zeigt die Richtung einer Kraft |
Kreuzworträtsel
| Newton | Wie heißt die Einheit der Kraft? |
| Masse | Welche Größe wird in Kilogramm angegeben? |
| Erde | Welcher Planet zieht uns an? |
| Federwaage | Welches Gerät misst eine Kraft mit einer Feder? |
| Richtung | Was zeigt die Spitze eines Kraftpfeils? |
| Schwerkraft | Welches Wort wird oft ähnlich wie Gewichtskraft verwendet? |
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Lückentext
Offene Aufgaben
Leicht
- Kräfte im Alltag: Finde fünf Situationen, in denen eine Kraft wirkt. Zeichne oder fotografiere sie und schreibe je einen kurzen Satz dazu.
- Kraftpfeil: Zeichne einen Ball und trage die Gewichtskraft als Pfeil ein. Beschrifte den Pfeil.
- Fallversuch: Lass einen Radiergummi und einen Bleistift aus gleicher Höhe fallen. Beschreibe Deine Beobachtung.
- Begriffskarte: Gestalte eine Lernkarte mit den Wörtern Gewichtskraft, Masse, Newton und Federkraftmesser.
Standard
- Federkraftmesser: Miss die Gewichtskraft von mindestens vier kleinen Gegenständen. Vergleiche Schätzung und Messwert.
- Luftwiderstand: Untersuche ein flaches und ein zerknülltes Papier. Erkläre den Unterschied mit eigenen Worten.
- Erde und Mond: Gestalte ein Plakat, das Masse und Gewichtskraft auf Erde und Mond vergleicht.
- Interview: Frage drei Personen, was sie unter Gewicht verstehen. Vergleiche die Antworten mit der physikalischen Bedeutung.
Schwer
- Experiment planen: Plane einen fairen Versuch zur Frage, ob schwere Gegenstände schneller fallen. Nenne Material, Durchführung und mögliche Fehler.
- Kräftegleichgewicht: Baue ein Modell für ein Buch auf einem Tisch. Stelle Gewichtskraft und Auflagekraft mit Pfeilen dar.
- Erklärvideo: Produziere ein kurzes Video, in dem Du die Formel FG = m · g mit einem Beispiel erklärst.
- Transferaufgabe: Erkläre, warum ein Fallschirm die Gewichtskraft nicht abschaltet, obwohl ein Mensch damit langsamer fällt.
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Lernkontrolle
- Kräftegleichgewicht erklären: Ein Buch liegt ruhig auf einem Tisch. Erkläre, welche Kräfte wirken und warum sich das Buch nicht bewegt.
- Erde-Mond-Vergleich: Ein Gegenstand hat auf der Erde eine Masse von zwei Kilogramm. Beschreibe, was auf dem Mond mit Masse und Gewichtskraft geschieht.
- Versuchsplanung: Entwickle einen Versuch, mit dem Du die Gewichtskraft verschiedener Gegenstände vergleichen kannst. Begründe, wie Du für faire Bedingungen sorgst.
- Fehlvorstellung prüfen: Eine Person sagt: „Schwere Gegenstände fallen immer schneller.“ Prüfe diese Aussage und beziehe den Luftwiderstand ein.
- Alltag untersuchen: Erkläre die wirkenden Kräfte bei einem Rucksack, der an einem Haken hängt.
- Fallschirm erklären: Beschreibe das Zusammenspiel von Gewichtskraft und Luftwiderstand bei einem geöffneten Fallschirm.
Lernnachweis
Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:
- die Gewichtskraft in eigenen Worten erklären kannst
- Masse und Gewichtskraft unterscheiden kannst
- die Einheiten Kilogramm und Newton richtig verwendest
- einen Kraftpfeil mit richtiger Richtung zeichnen kannst
- einen Federkraftmesser sicher ablesen kannst
- einfache Gewichtskräfte berechnen kannst
- Beobachtungen aus einem Versuch begründen kannst
- das Gelernte auf Erde, Mond und Alltagssituationen übertragen kannst
| Bereich | Das solltest Du können |
|---|---|
| Fachsprache | Begriffe richtig verwenden |
| Darstellung | Kraftpfeile richtig zeichnen |
| Experiment | beobachten, messen und auswerten |
| Rechnung | einfache Gewichtskräfte bestimmen |
| Erklärung | Zusammenhänge verständlich beschreiben |
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