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Dieser Artikel dreht sich um das Themengebiet Kräfte. Was es damit auf sich hat, welche Begriffe und Formeln für dich wichtig sind und wie du diese in Beispielen anwendest, erfährst du in diesem Artikel. Das Kapitel können wir der Mechanik und damit dem Fach Physik zuordnen.
In der Physik stolpern wir oft über den Begriff der Kraft. Doch was genau ist denn eigentlich eine Kraft und in welchen Themengebieten nutzen wir diese überhaupt? Bevor wir uns näher mit dem Begriff Kraft auseinandersetzen, klären wir zunächst die Frage, in welchen Bereichen der Mechanik diese eine Rolle spielen.
Wie wir bereits aus dem Kapitel Mechanik wissen, beschäftigt sich die klassische Mechanik im Allgemeinen mit ruhenden und bewegten Körpern und den dabei auftretenden Kräften. Dabei können zwei große Teilgebiete unterschieden werden: die Kinematik und die Dynamik.
Abbildung 1: Einteilung Mechanik
In der Kinematik, der Lehre von Bewegungen, werden mechanische Bewegungen ohne Berücksichtigung der einwirkenden Kräfte betrachtet. Ein Beispiel dafür wäre eine gleichförmige Bewegung eines Körpers, bei dem die Ursache der Bewegung keine Rolle spielt. Das zweite große Themengebiet ist die Dynamik. In diesem Teilgebiet werden angreifende Kräfte mit berücksichtigt, weshalb die Dynamik auch als Lehre von Kräften betitelt wird. Diese kann noch weiter untergliedert werden in das Teilgebiet der Statik, in der Kräfte auf ruhende Körper behandelt werden und in das Teilgebiet der Kinetik, bei der Kräfte als Ursache für die Bewegungen untersucht werden. Bei dem Themengebiet der Kräfte befinden wir uns in der Mechanik also im Teilgebiet Dynamik.
Kräfte begleiten uns tagtäglich im Alltag. Sowohl beim bloßen Stehen auf dem Boden als auch beim Werfen eines Balls begegnen uns Kräfte. Aber was genau ist denn überhaupt eine Kraft in physikalischer Hinsicht?
Physikalisch betrachtet ist eine Kraft die Ursache dafür, dass ein Körper seinen Bewegungszustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegungen verändert oder eine Verformung des Körpers stattfindet.
So lässt sich eine Kraft meist optisch nur an ihrer Wirkung erkennen. Diese Definition einer Kraft geht auf den bekannten Wissenschaftler Isaac Newton (1643 - 1727) zurück. Entsprechend wird in der Literatur die Kraft mit dem Buchstaben F und der zugehörigen Einheit Newton nach ihrem Erfinder gekennzeichnet.
In Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass 1 Newton demnach die Kraft ist, die notwendig ist, um eine Masse von 1 kg mit 1 m/s² zu beschleunigen.
Gemessen wird eine Kraft häufig durch einen sogenannten Federkraftmesser. Dieser besitzt im Inneren eine Feder, die, je nach Größe der ziehenden Kraft, auseinander gezogen wird. Mithilfe einer geeigneten Skala kann die einwirkende Kraft damit direkt abgelesen werden.
Physikalisch sind für die Beschreibung der Kraft aber nicht nur ein Zahlenwert und ihre zugehörige Einheit notwendig.
Eine vollständige Beschreibung der Kraft ist gekennzeichnet durch:
Abbildung 2: Komponenten der Kraft
Mathematisch wird deshalb die Kraft 
mit einem Pfeil über dem Buchstaben F gekennzeichnet. So ist dies als gerichtete Größe definiert, wie du gerade in dem Beispiel sehen konntest. Jedoch wird in der Literatur oft nur der Betrag verwendet, wenn es für die Aufgabenstellung zulässig ist.
Isaac Newton hat in diesem Zuge neben der Beschreibung einer Kraft auch verschiedene Grundsätze zu den Kräften formuliert. Die sogenannten Newtonschen Axiome oder Newtonschen Prinzipien bilden dabei ein wichtiges Fundament in der Mechanik. In der Literatur werden hauptsächlich drei verschiedene Newtonsche Gesetze genannt, auf die wir nachfolgend kurz eingehen.
1. Newtonsches Axiom ("lex prima")
Newtons erstes Axiom, auch Trägheitsgesetz bzw. Trägheitsaxiom, geht auf die Definition der Kraft zurück. Es besagt, dass sich der Bewegungszustand eines Körpers nicht verändert, solange keine äußeren einwirkenden Kräfte eine Änderung des Zustands bewirken. Der Körper verharrt also in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung, solange er nicht durch äußere Kräfte gezwungen wird dies zu ändern.
2. Newtonsches Axiom ("lex secunda")
Das Aktionsprinzip, auch bekannt als das zweite Newtonsche Gesetz oder Newtonsches Grundgesetz, geht ebenfalls auf die Definition der Kraft zurück und stellt den Zusammenhang zwischen physikalischen Größen her. Aus der Einheit ergibt sich eine Beziehung zwischen den Größen Masse, Beschleunigung und Kraft.
Das zweite Prinzip ist in dieser Form jedoch nur zulässig, wenn die Masse des Körpers konstant bleibt. Durch die Herleitung über den Impuls können entsprechend auch Bewegungen von Körpern mit veränderlicher Masse betrachtet werden.
3. Newtonsches Axiom ("lex tertia")
Das 3. Newtonschen Gesetz, das sogenannten Wechselwirkungsgesetz oder Reaktionsprinzip besagt, dass Kräfte immer paarweise auftreten. Somit erzeugt jede Aktion (actio) eine gleich große Reaktion (reactio) oder kurz: actio = reactio.
Wird von einem Körper A eine Kraft auf einen Körper B ausgeübt, so wirkt eine gleich große, aber entgegengesetzte Kraft von Körper B auf Körper A. Nicht zu verwechseln ist dies mit dem Kräftegleichgewicht, worauf wir im weiteren Verlauf des Artikels noch eingehen werden.
Superpositionsprinzip (4. Newtonsches Axiom "lex quarta")
Aufgrund des Superpositionsprinzips ist es überhaupt erst möglich mehrere einwirkenden Kräfte zu einer resultierenden Kraft zu addieren. Wirken zwei oder mehr Kräfte auf einen Körper, so können diese zu einer Summe zusammengefasst werden.
Mehr Infos zu den Grundlagen der Kraft und den damit verbundenen Newtonschen Axiomen findest du im Kapitel die Größe Kraft und den zugehörigen Unterkapiteln der Newtonschen Gesetze.
Mechanische Kräfte lassen sich wie bereits erwähnt nicht direkt erkennen, sondern anhand ihrer Wirkung. Physikalisch können dabei verschiedene Wirkungen von Kräften unterschieden werden:
Abbildung 3: Wirkung von Kräften
So kann eine Kraft sowohl zur Bewegungsänderung oder zur Formänderung eines Körpers führen. Dabei lässt sich die Geschwindigkeit verändern, indem das Objekt beschleunigt oder abgebremst wird. Zudem kann die Richtung der Bewegung durch einwirkende Kräfte umschlagen. Vorübergehende Verformungen, bei denen der Körper nach Wegfallen der einwirkenden Kraft wieder in seinen Ausgangszustand zurückspringt, werden als elastisch bezeichnet. Im Gegensatz dazu existiert die plastische Verformung. Der Körper wird dabei durch die einwirkende Kraft dauerhaft verformt und verharrt auch nach Wegfall der Kräfte in dieser Form. Dies spielt vor allem bei Stoßvorgängen eine wichtige Rolle. In engem Zusammenhang mit der Kraft stehen damit auch die Begriffe mechanische Arbeit, mechanische Energie und mechanische Leistung.
Möchtest du nähere Informationen zu diesen Themengebieten, dann lies einfach in den separaten Artikeln nach.
Wir wissen damit bereits was genau eine Kraft ist, wie sie sich beschreiben lässt und welche Wirkungen sie auslösen kann. Aber welche Kräfte gibt es denn überhaupt?
In der Physik existieren verschiedenen Formen von Kräften. Grundsätzlich können sie dabei in zwei Bereiche eingeteilt werden: fundamentale Kräfte und abgeleitete Kräfte.
Die fundamentalen Kräften stellen den Grundstein für alle existierenden Kräfte dar. So lassen sich anhand von vier Grundkräften, die den fundamentalen Wechselwirkungen der Natur entsprechen, alle weiteren Kräfte auf diese Kräfte zurückführen.
Abbildung 4: Fundamentale Kräfte
Schwerkraft:
Die Schwerkraft oder Gravitation wirkt als Anziehung zwischen zwei Massen und wirkt über sehr große Entfernungen. Das bekannteste Beispiel dafür ist die Erdanziehung. Sie sorgt dafür, dass alle Körper auf der Erde und die Erde sich gegenseitig anziehen. So ist es überhaupt erst möglich auf der Erdoberfläche zu laufen anstatt umher zu schweben. Sie besitzt eine unendliche Reichweite und kann zudem nicht abgeschirmt werden. Von allen vier fundamentalen Grundkräften ist sie trotzdem die schwächste, weshalb wir beispielsweise relativ einfach einen Stein vom Boden aufheben können. Häufig werden in der Literatur als Austauschteilchen die Gravitonen genannt, die dafür sorgen, dass die Gravitation übertragen wird.
Elektromagnetische Kraft:
Ebenfalls auf große Entfernungen wirkt die elektromagnetische Kraft. Diese kann im Gegensatz zur Gravitation aber abgeschirmt werden. Der Elektromagnetismus setzt sich zusammen aus elektrischen und magnetischen Phänomenen. Zwischen elektrisch geladenen Teilchen von unterschiedlicher oder gleicher Ladung gibt es Kraftwirkungen. So bewirkt es eine Anziehung bei zwei entgegengesetzt geladenen Teilchen, wie beispielweise Elektron und Proton. Umgekehrt stoßen sich Teilchen mit gleichnamigen Ladungen ab. Bewegte Ladungen erzeugen zusätzlich noch ein magnetisches Feld. Die elektromagnetische Kraft sorgt beispielweise dafür, dass Atome mit ihrem positiven Atomkern und den negativ geladenen Elektronen in der Hülle zusammengehalten werden. Übertragen wird die elektromagnetische Wechselwirkung durch Photonen. Ein klassisches Beispiel dafür ist Licht. Die elektromagnetische Kraft ist die zweitschwächste unter den vier fundamentalen Kräften, aber um einiges stärker als die Gravitation.
Starke Kraft:
Wie der Name schon vermuten lässt, ist die starke Kraft die Stärkste unter den Grundkräften. Die Austauschteilchen sind ist diesem Fall die sogenannten Gluonen. In den Atomkernen, die aus Protonen und Neutronen bestehen, findet sich diese starke Kraft wieder. Normalerweise stoßen sich Protonen aufgrund ihrer elektrischen Ladung voneinander ab. Die starke Kraft sorgt dabei indirekt dafür, dass die Protonen und Neutronen im Atomkern gebunden werden und dieser als stabiler Kern bestehen bleibt. Eine Besonderheit ist im Gegensatz zu den anderen Kräften zu verzeichnen, da sie stärker wird, wenn sich die Teilchen voneinander entfernen. Bei elektrischen Ladungen ist der Gegenteil der Fall.
Schwache Kraft:
Zuletzt wird die sogenannte schwache Kraft als letzte fundamentale Kraft aufgeführt. Trotz ihres Namen ist sie stärker als die elektromagnetische Kraft, jedoch schwächer als die starke Kraft. Sie ist beispielsweise für spezielle radioaktive Zerfälle und Umwandlung von Atomkernen verantwortlich. Zum Beispiel kann sie dafür sorgen, dass sich aus einem Neutron ein Proton bilden kann, unter Abspaltung anderer Teilchen. Die Austauschteilchen werden oft als Bosonen bzw. 
,
oder Z-Teilchen betitelt. Die starke und schwache Kraft fallen dabei unter das Themengebiet der Teilchenphysik bzw. Kernphysik.
Anhand der fundamentalen Kräfte lassen sich weitere Kräfte ableiten. Die nachfolgende Tabelle zeigt dabei die wichtigsten Kräfte mit Beispiel und Berechnung. Dabei dient die nachfolgende Übersicht nur als grobe Übersicht der wichtigsten mechanischen Kräfte. Nähere Informationen zu den jeweiligen Themen können in den jeweiligen Unterkapiteln nachgelesen werden.
| Bezeichnung | Beispiel | Beschreibung | Formel | Größen |
| Gewichtskraft |
| Kraft, mit der ein Körper von der Erde angezogen wird. |
|  : Gewichtskraft in Nm: Masse in kg g: Erdbeschleunigung in m/s² |
| Normalkraft |
| Kraft, senkrecht zur Auflagefläche |
|  : Normalkraft in N : Gewichtskraft in N : Winkel in Grad in Rad |
| Reibungskraft (Haftreibung) |
| Kraft, die das Gleiten zwischen zwei Körper verhindert. |
|  : Haftreibungskraft in N : Normalkraft in N : Haftreibungszahl |
| Reibungskraft (Gleitreibung) |
| Kraft, die das Gleiten des Körpers hemmt |
|  : Gleitreibungskraft in N : Normalkraft in N : Gleitreibungszahl |
| Reibungskraft (Rollreibung) |
| Kraft, die entgegen der Bewegungsrichtung wirkt |
| : Rollreibungskraft in N : Normalkraft in N : Rollreibungszahl |
| Federkraft (Spannkraft) |
| Kraft, die entgegengesetzt zur Dehnung wirkt |
| : Spannkraft in N D: Federkonstante in N/m s: Strecke in m |
| Auftriebskraft |
| Kraft, die auf einen im Fluid eingetauchten Körper wirkt |
| : Auftriebskraft in N : Dichte Fluid in kg/m³ g: Erdanziehung in m/s² |
| Radialkraft (Zentrifugal) |
| Kraft, die bei Rotation nach außen wirkt |
| : Zentrifugalkraft in N m: Masse in kg v: Geschwindigkeit in m/s : Winkelgeschwindigkeit in 1/s r: Radius in m |
| Radialkraft (Zentripetal) |
| Kraft, die bei Rotation nach innen wirkt |  | : Zentripetalkraft in N m: Masse in kg v: Geschwindigkeit in m/s : Winkelgeschwindigkeit in 1/s r: Radius in m |
| Widerstandskraft (Fluide) |
| Kraft, die der Bewegung entgegenwirkt |
| : Widerstandskraft Fluid in N : Widerstandsbeiwert A: Querschnittsfläche in m² : Dichte Fluid in kg/m³ v: Strömungsgeschwindigkeit in m/s |
Damit hätten wir bereits alle wichtigen fundamentalen und abgeleiteten Kräfte kennengelernt. Für die Mechanik ist noch eine weitere Betrachtung im Zusammenhang mit der Kraft von Bedeutung, das sogenannte Kräftegleichgewicht.
Wir wissen bereits aus der Beschreibung einer Kraft, dass diese anhand mehreren Komponenten beschrieben werden kann. Diese spielen auch beim Kräftegleichgewicht eine Rolle.
Zwei an einem Körper angreifende Kräfte befinden sich dann im Gleichgewicht, wenn sie:
Die nachfolgende Abbildung zeigt dabei zwei Beispiele für Körper, bei denen zwei Kräfte im Gleichgewicht sind.
In beiden Fällen befindet sich ein Kräftepaar im Gleichgewicht und hebt sich somit auf. Im Beispiel des ruhenden Körpers ist das Kräftegleichgewicht eindeutig, da sich beide Kräfte auf der gleichen Wirkungslinie befinden, den gleichen Betrag besitzen und entgegengesetzt gerichtet sind. Beim gezeichneten Körper in Bewegung wirken
mehrere Kräfte auf den Körper ein. Aber auch bei mehr als zwei angreifenden Kräften kann sich ein Kräftegleichgewicht einstellen, wenn die Summe aller angreifenden Kräfte gleich null sind.
Die resultierende Kraft aller Kräfte muss immer null ergeben damit der Körper sich im Kräftegleichgewicht befindet. Damit ergibt sich:
Damit zeigen wir, dass der Bewegungszustand eines Körpers der sich in einem Kräftegleichgewicht befindet, nicht veränderlich ist. Er verharrt demnach in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung (v = konstant). Weitere Informationen und Anwendungsbeispiele zu diesem Thema findest du in den entsprechenden separaten Artikeln.
Somit haben wir alle relevanten Grundlagen zu den Kräften kennengelernt. Möchtest du noch mehr über die verschiedenen Themenbereiche wissen, so kannst du diese in den jeweiligen Kapiteln auf Studysmarter nachlesen.
Ebenfalls zum empfehlen sind die zugehörigen Karteikarten.
Die Kraft wird in der Einheit Newton angegeben.
Kräfte werden in der Physik unterteilt in fundamentale Kräfte (z.B. Schwerkraft) und abgeleitete Kräfte (z.B. Auftriebskraft).
In der Physik existieren vier Grundkräfte:
Kräfte können sowohl Bewegungsänderungen und/oder Formänderungen bewirken.
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