Das Wechselwirkungsprinzip – Actio und Reactio

Diesen aiMOOC als Battle spielen: Physik, Klasse 9-10, G-Niveau

Einleitung

Das Wechselwirkungsprinzip ist das dritte der Newtonschen Gesetze. Es wird auch Actio und Reactio genannt.

Die Grundidee ist einfach:

Übt Körper A eine Kraft auf Körper B aus, so übt Körper B gleichzeitig eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete Kraft auf Körper A aus.

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Das Kräftepaar

Kräfte treten bei einer Wechselwirkung immer als Paar auf:

1. Actio: Körper A wirkt auf Körper B.
2. Reactio: Körper B wirkt auf Körper A.

Beide Kräfte sind gleich groß. Sie zeigen in entgegengesetzte Richtungen.

${\overrightarrow{F}}_{A\to B}=-{\overrightarrow{F}}_{B\to A}$

Datei:Newton's third law.svg

Wichtig: Die beiden Kräfte wirken auf verschiedene Körper. Deshalb heben sie sich nicht gegenseitig auf.

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Beispiele aus dem Alltag

Beim Gehen drückst Du den Boden nach hinten. Der Boden drückt Dich nach vorn.

Beim Schwimmen drückst Du Wasser nach hinten. Das Wasser drückt Dich nach vorn.

Zwei Personen auf Rollschuhen stoßen sich ab. Beide bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen.

Eine Rakete stößt Gas nach unten aus. Das Gas drückt die Rakete nach oben.

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Gleiche Kraft, verschiedene Bewegung

Die Kräfte sind gleich groß. Die Bewegungen müssen aber nicht gleich sein.

Ein leichter Körper wird durch dieselbe Kraft stärker beschleunigt als ein schwerer Körper. Es gilt:

$F=m\cdot a$

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Kein Kräftegleichgewicht

Beim Kräftegleichgewicht wirken Kräfte auf denselben Körper.

Bei Actio und Reactio wirken die beiden Kräfte auf verschiedene Körper.

Datei:Spring of action-reaction-law.svg

Beobachte das Prinzip im Video

Datei:Thirdlaw.ogv

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Lernbereiche

Mechanik Kraft und Gegenkraft Newtonsche Gesetze Bewegung und Beschleunigung Raketenantrieb Kräftegleichgewicht

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was sagt das Wechselwirkungsprinzip aus? (Kräfte treten paarweise auf) (!Kräfte wirken nur nach unten) (!Kräfte entstehen ohne Körper) (!Kräfte haben immer verschiedene Größen)

Auf wie viele Körper wirkt ein Actio-Reactio-Kräftepaar? (Auf zwei verschiedene Körper) (!Nur auf einen Körper) (!Auf keinen Körper) (!Immer auf drei Körper)

Wie groß sind Actio und Reactio? (Gleich groß) (!Immer unterschiedlich groß) (!Reactio ist doppelt so groß) (!Actio ist immer größer)

Wie sind die Richtungen der beiden Kräfte? (Entgegengesetzt) (!Gleichgerichtet) (!Immer nach oben) (!Immer nach rechts)

Wann treten Actio und Reactio auf? (Gleichzeitig) (!Mit einer Stunde Abstand) (!Nur nacheinander) (!Nur bei sehr schnellen Bewegungen)

Warum kannst Du beim Gehen nach vorn kommen? (Der Boden drückt Dich nach vorn) (!Die Luft zieht Dich nach vorn) (!Deine Masse verschwindet kurz) (!Die Erdanziehung hört auf)

Was stößt eine Rakete nach unten aus? (Gas) (!Licht) (!Magneten) (!Wasser in jedem Fall)

Welche Person wird bei gleicher Kraft stärker beschleunigt? (Die leichtere Person) (!Die schwerere Person) (!Beide immer gleich stark) (!Keine der beiden Personen)

Warum heben sich Actio und Reactio nicht gegenseitig auf? (Sie wirken auf verschiedene Körper) (!Sie haben verschiedene Einheiten) (!Sie treten zu verschiedenen Zeiten auf) (!Eine der Kräfte ist keine echte Kraft)

Welche Formel beschreibt das Kräftepaar? (Kraft von A auf B ist gleich minus Kraft von B auf A) (!Kraft ist gleich Masse plus Beschleunigung) (!Kraft von A auf B ist immer null) (!Actio ist gleich der doppelten Reactio)

Memory

Actio	Kraft von Körper A auf Körper B
Reactio	Kraft von Körper B auf Körper A
Gehen	Fuß drückt Boden nach hinten
Schwimmen	Wasser drückt Körper nach vorn
Rakete	Gas wird nach unten ausgestoßen
Rollschuhe	Personen bewegen sich auseinander

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Bedeutung
Kräftepaar	Actio und Reactio
Gegenrichtung	Die Kraftpfeile zeigen entgegengesetzt
Gleichzeitigkeit	Beide Kräfte treten zur selben Zeit auf
Verschiedene Körper	Jede Kraft wirkt auf einen anderen Körper
Beschleunigung	Ein leichter Körper reagiert stärker

Kreuzworträtsel

Gegenkraft	Wie heißt die Kraft, die zur ersten Kraft entgegengesetzt wirkt?
Newton	Nach welchem Forscher ist das dritte Bewegungsgesetz benannt?
Richtung	Welche Eigenschaft eines Kraftpfeils ist bei Reactio entgegengesetzt?
Rakete	Welches Fahrzeug nutzt den Rückstoß von Gas?
Wasser	Was drückt eine schwimmende Person nach hinten?
Wechselwirkung	Wie heißt das gegenseitige Einwirken zweier Körper?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Das Wechselwirkungsprinzip ist das Newtonsche Gesetz. Eine Kraft erzeugt immer eine gleich große . Die beiden Kräfte zeigen in entgegengesetzte . Sie wirken auf zwei verschiedene . Beim Gehen drückt der Fuß den Boden nach . Eine Rakete bewegt sich durch den Ausstoß von nach oben.

Offene Aufgaben

Leicht

1. Kraftpfeil: Zeichne zwei Personen auf Rollschuhen und trage Actio und Reactio als Pfeile ein.
2. Alltagsbeispiel: Finde drei Situationen, in denen das Wechselwirkungsprinzip zu sehen ist.
3. Ballonexperiment: Blase einen Luftballon auf, lasse ihn los und beschreibe die beiden Wechselwirkungen.
4. Fotostory: Erstelle drei Bilder zum Gehen, Springen oder Schwimmen und markiere das Kräftepaar.

Standard

1. Erklärvideo: Drehe ein kurzes Video, in dem Du Actio und Reactio an einem Beispiel erklärst.
2. Rollbrettversuch: Plane einen sicheren Versuch mit zwei Rollbrettern oder Rollstühlen und notiere Deine Beobachtungen.
3. Raketenmodell: Baue eine Ballonrakete an einer Schnur und erkläre ihre Bewegung mit Kraftpfeilen.
4. Denkfehler: Erkläre, warum Actio und Reactio kein Kräftegleichgewicht an einem einzigen Körper bilden.

Schwer

1. Masse und Beschleunigung: Erkläre, warum eine leichte Person beim Abstoßen meist stärker beschleunigt wird als eine schwere Person.
2. Versuchsprotokoll: Untersuche eine Ballonrakete mit verschiedenen Ballongrößen und werte die Ergebnisse aus.
3. Simulation: Entwirf eine digitale Animation mit zwei Körpern, zwei Kraftpfeilen und unterschiedlichen Massen.
4. Transfer: Erkläre das Wechselwirkungsprinzip beim Rudern, beim Start einer Rakete und beim Absprung von einem Boot.

Lernkontrolle

1. Gehen und Laufen: Erkläre mit einem Kräftepaar, warum ein Mensch auf glattem Eis schlechter vorankommt als auf rauem Boden.
2. Rollschuhfahrer: Zwei Personen mit verschiedener Masse stoßen sich ab. Begründe, warum ihre Kräfte gleich groß, ihre Beschleunigungen aber verschieden sind.
3. Raketenantrieb: Erkläre, warum eine Rakete auch im Weltraum beschleunigen kann, obwohl dort keine Luft vorhanden ist.
4. Kräftegleichgewicht: Vergleiche die Kräfte an einem Buch auf einem Tisch mit einem Actio-Reactio-Kräftepaar.
5. Ballonrakete: Sage voraus, wie sich eine größere Öffnung des Ballons auf den Start auswirken könnte, und begründe Deine Vermutung.
6. Fehleranalyse: Beurteile die Aussage „Die stärkere Person übt beim gegenseitigen Abstoßen immer die größere Kraft aus“.

Lernnachweis

Für Deinen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

1. das Wechselwirkungsprinzip in eigenen Worten erklären kannst,
2. zu einer Situation zwei passende Kräfte nennen kannst,
3. die entgegengesetzten Richtungen mit Kraftpfeilen darstellen kannst,
4. zwischen Actio und Reactio und einem Kräftegleichgewicht unterscheiden kannst,
5. den Einfluss der Masse auf die Beschleunigung erklären kannst,
6. das Prinzip auf neue Beispiele übertragen kannst.

Links

Das Wechselwirkungsprinzip – Actio und Reactio Newtonsche Gesetze Kraft Kraftpfeil Masse Beschleunigung Kräftegleichgewicht Rückstoßantrieb Impuls