Kraft

Eine Kraft ist eine Impulsstromstärke oder eine Impulsquellenstärke bezüglich eines Systems. Impulsströme treten über die Oberfläche, Impulsquellen koppeln an das Gravitationsfeld oder das elektromagnetische Feld. Die Kraft wird in Newton(N; 1 Ns = 1 kgm/s²) gemessen. Als Formelzeichen verwenden wir F oder (F_x, F_y, F_z).

Zwischen den Stromstärken der drei Impulskomponenten und den entsprechenden drei Komponenten der Kraft besteht folgender Zusammenhang: ein zufliessender Impulsstrom ergibt eine positive Kraftkomponente, ein abfliessender Impulsstrom ergibt eine negative Kraftkomponente. Der Kraftpfeil markiert also mit seinen drei Komponenten die Stärken der entsprechenden Impulsströme. Mit dieser Zuweisung ist das Wechselwirkungsprinzip abschliessen erklärt: die Stärke eines Impulsstromes ist bezüglich der beiden beteiligten Systeme entgegengesetzt gleich gross.

Beispiele

Klotz an einer Feder

Impulsstrom- und Schnittbilder

Ein Klotz hängt über eine Feder an einem Ring, der von zwei Seilen gehalten wird. Wir treffen nun die Annahme, dass nur der Klotz eine Masse besitze. In der gezeichneten Situation befindet sich der Klotz über der Gleichgewichtslage (er kann sich im Moment nach oben, nach unten oder gar nicht bewegen).

Im linken Bild sind die Impulsströme gezeichnet. Der z-Impuls fliesst aus dem Gravitationsfeld in den Klotz hinein (Impulsquelle). Weil ein Teil im Körper bleibt, nimmt dessen Impuls zu (der Impulsinhalt kann im Moment kleiner, grösser oder gleich Null sein). Der Rest fliesst durch die Feder nach oben weg. Im Ring verzweigt sich der z-Impulsstrom und teilt sich auf beide Seile auf. Weil in den Seilen der z-Impuls seitwärts transportiert wird, induziert er einen x-Impulsstrom, der von rechts nach links strömt. Die Impulserhaltung und das spezielle Systemverhalten der Seile legt die Stärken der einzelnen Impulsströme fest.

Rechts sind die Schnittbilder für Klotz, Feder und Haltering gezeichnet. Die Summe über alle Kräfte eines Systems ergibt die Impulsänderungsrate des Systems. Es dürfen also nur gleichfarbige Kräfte miteinander verrechnet werden (gleichfarbige Kräfte gehören zum gleichen Vektorraum). Zwei verschiedenfarbige Kraftpfeile mit gleichem Namen bilden ein Wechselwirkungspaar (Actio gleich Reactio).

Kraftpfeile sind graphische Darstellungen der Impulsstromstärken. Im unteren Teil der Anordung entspricht jeder Kraftpfeil einer Stromstärke des z-Impulses. Beim Ring muss man zwei Kräfte (F₂ und F₃) zuerst in eine x- und eine z-Komponente zerlegen. Die beiden Komponenten entsprechen dann den Stromstärken der beiden Impuls"sorten".

Die Impulsdarstellung ist viel umfassender als die abstrakte Kraftdarstellung. Wenn man aber nur die Gleichgewichtssituation betrachtet, in Feder sowie Seile je einen Kraftpfeil einzeichnet und dann zeigt, dass die Vektorsumme der drei Pfeile Null ergibt, kann man die Beträge der drei Kräfte sogar graphisch ermitteln. Nur ist man dann unprofessionell vorgegangen (keine sauber definierten Schnittbilder), hat implizit eine undeklarierte Eigenschaft der Seile verwendet (der Kraftpfeil zeigt immer in Seilrichtung) und verkennt, dass eine Kraft immer nur eine gedachte Grösse ist (Impulsstrom- oder quellenstärke bezüglich eines willkürich festgelegten Systems). Wer heute noch glaubt, dass eine Kraft ein grundlegender Begriff aus der Mechanik sei, hat mehr als hundert Jahre Physik verschlafen.