In diesem Artikel wird erklärt, was konkurrierende Kräfte sind und was ein konkurrierendes Kräftesystem ist. Außerdem finden Sie Beispiele für konkurrierende Kräfte, die Unterschiede zu anderen Arten von Kräften und wie man die resultierende Kraft eines Systems konkurrierender Kräfte berechnet.
Was sind konkurrierende Kräfte?
Konkurrierende Kräfte sind zwei oder mehr Kräfte, deren Richtungen sich in einem Punkt schneiden. Damit bilden alle Kräfte, deren Ausdehnungen sich im selben Punkt schneiden, ein System konkurrierender Kräfte .
Wenn also zwei oder mehr Kräfte aus unterschiedlichen Richtungen auf einen starren Festkörper einwirken, sprechen wir von einem System konkurrierender Kräfte. Und alle diese Kräfte können durch eine einzige resultierende Kraft ersetzt werden (wir werden weiter unten sehen, wie das geht).
Wenn die konkurrierenden Kräfte außerdem in derselben Ebene liegen, spricht man von gleichzeitigen und koplanaren Kräften . Normalerweise beginnen wir in der Physik damit, diese Art von Kräften zu untersuchen, da zur Definition der Kräfte nur zwei Komponenten erforderlich sind, da sie sich in derselben Ebene befinden.
Beispiele konkurrierender Kräfte
In Anbetracht der Definition konkurrierender Kräfte werden im Folgenden zwei Beispiele für diese Art von Kräften aufgeführt, um deren Bedeutung vollständig zu verstehen.
Beispiel 1
Im folgenden Beispiel sieht man zwei konkurrierende Kräfte, da sich ihre Wirkungslinien in einem Punkt schneiden.
Daher ist es nicht notwendig, dass die Kräfte einander berühren, aber es reicht aus, dass sich ihre Ausdehnungen schneiden, damit sie gleichzeitig wirken.
Beispiel 2
Hier ist ein weiteres Beispiel für drei konkurrierende Kräfte. Es handelt sich um einen an der Decke hängenden Körper, auf den drei unterschiedliche Kräfte wirken, um ihn zu stützen. Dies ist also ein Beispiel für konkurrierende Kräfte, denen Sie im Alltag begegnen können.
Jedes Seil übt eine Kraft auf den Körper aus, um ihn zu stützen, und ihre Richtungen stimmen alle in einem Punkt überein, es handelt sich also um ein System konkurrierender Kräfte.
Konkurrierende und nicht konkurrierende Kräfte
Der Unterschied zwischen konkurrierenden und nicht konkurrierenden Kräften besteht darin, ob ihre Richtungen im selben Punkt zusammenfallen oder nicht. Konkurrierende Kräfte weisen zu jedem Zeitpunkt übereinstimmende Richtungen auf, wohingegen die Richtungen nicht konkurrierender Kräfte nichts gemeinsam haben.
Im Plan handelt es sich bei den nicht konkurrierenden Kräften um all diese parallelen Kräfte. Dies ist der einzige Fall, in dem die Kräfte nicht konkurrieren.
Darüber hinaus unterscheiden sich konkurrierende Kräfte von nicht konkurrierenden Kräften auch durch die Art der Bewegung, die sie erzeugen können. Konkurrierende Kräfte verursachen eine Translationsbewegung (der Körper bewegt sich in eine Richtung), nicht konkurrierende Kräfte können jedoch eine Translations- und Rotationsbewegung verursachen (der Körper dreht sich).
System konkurrierender Kräfte
Alle Kräfte, die in einem konkurrierenden Kräftesystem wirken, können durch eine einzige Kraft, die sogenannte resultierende Kraft, ersetzt werden. Auf diese Weise vereinfachen wir das Kräftesystem und können klar erkennen, wohin sich der Körper unter Einwirkung aller Kräfte bewegen wird.
Wenn wir ein System aus zwei konkurrierenden Kräften haben, müssen wir die Parallelogrammmethode (oder Parallelogrammregel) verwenden, um die resultierende Kraft zu berechnen. Diese Methode besteht aus:
- Zuerst zeichnen wir am Ende einer Kraft eine Linie parallel zur anderen Kraft.
- Wir wiederholen den vorherigen Schritt mit der anderen Kraft.
- Die resultierende Kraft ist die Diagonale des Parallelogramms, die vom gemeinsamen Ursprung der Kräfte zum Schnittpunkt der beiden Parallelen verläuft.
Wenn wir ein System mit drei oder mehr konkurrierenden Kräften haben, wird die Polygonmethode verwendet, um die resultierende Kraft zu ermitteln. Die Schritte der Polygonmethode sind:
- Platzieren Sie jede Kraft nach der anderen, sodass der Ursprung der einen Kraft mit dem Ende der anderen Kraft zusammenfällt. Die Reihenfolge, in der wir die Kräfte anordnen, ist unerheblich.
- Die resultierende Kraft ist die Kraft, die man erhält, wenn man den Anfang der ersten Kraft mit dem Ende der letzten Kraft verbindet.
In Wirklichkeit ist das Ermitteln der resultierenden Kraft eines Systems konkurrierender Kräfte so, als würde man alle Kräfte addieren.
Übung zu konkurrierenden Kräften gelöst
Abschließend schlagen wir eine Übung vor, um die Vorstellung konkurrierender Kräfte zu verinnerlichen. Sie können die Lösung der Übung sehen, indem Sie auf das Dropdown-Menü unten klicken.
- Finden Sie grafisch die Kraft, die sich aus dem folgenden System konkurrierender Kräfte ergibt:
Um die resultierende Kraft des Systems zu bestimmen, muss die Polygonmethode verwendet werden, da es sich um ein System aus vier konkurrierenden Kräften handelt. Durch die Anwendung dieser Methode erhalten wir also die Kraft, die alle Kräfte ersetzt (in Rot dargestellt):
