Kraftrechner

Kraft ist ein Schub oder Zug, der ein Objekt beschleunigt, seine Richtung ändert oder es verformt, berechnet nach dem zweiten Newtonschen Gesetz als F = m × a, wobei m die Masse und a die Beschleunigung ist. Sie ist eine vektorielle Größe, das heißt, sie hat sowohl Betrag als auch Richtung, auch wenn dieser Rechner, wie die meisten einfachen Kraftrechner, nur mit dem Betrag arbeitet. Die SI-Einheit der Kraft ist das Newton (N), definiert als die Kraft, die nötig ist, um eine Masse von 1 Kilogramm mit 1 Meter pro Sekunde zum Quadrat zu beschleunigen.

Da F = m × a gilt, lässt sich die Formel in zwei weitere nützliche Formen umstellen: Masse = Kraft ÷ Beschleunigung und Beschleunigung = Kraft ÷ Masse. Wie bei der Dichte lässt sich dies als Dreieck darstellen – F oben, m und a nebeneinander darunter; deckt man die gesuchte Größe ab, zeigt sich, ob die beiden übrigen multipliziert oder dividiert werden sollen. Genau diese Logik wendet dieser Rechner an, je nachdem, welche Größe Sie berechnen möchten.

Gewicht ist die Schwerkraft, die auf die Masse eines Objekts wirkt, berechnet als G = m × g, wobei g die örtliche Erdbeschleunigung ist – etwa 9,80665 m/s² an der Erdoberfläche, die Einheit „Normalfallbeschleunigung“ dieses Rechners. Masse ist eine intrinsische Eigenschaft eines Objekts und bleibt überall konstant, aber das Gewicht ändert sich mit der Schwerkraft: Eine Masse von 10 kg wiegt auf der Erde etwa 98,07 N, auf dem Mond jedoch nur etwa 16,6 N, wo die Schwerkraft etwa ein Sechstel so stark ist. Personenwaagen messen das Gewicht, auch wenn sie üblicherweise in Masseneinheiten wie Kilogramm oder Pfund angezeigt werden, was die Erdoberflächen-Schwerkraft voraussetzt.

Mehrere Krafteinheiten existieren nebeneinander, weil sich unterschiedliche Maßsysteme unabhängig voneinander entwickelt haben. Das Newton (N) ist die SI-Einheit; das Dyn aus dem älteren CGS-System ist viel kleiner – 1 N entspricht 100.000 dyn. Pound-Force (lbf) ist die Kraft, die die Erdanziehung auf eine Masse von 1 Pfund ausübt, gebräuchlich im US-amerikanischen Ingenieurwesen. Kilogramm-Kraft (kgf, auch Kilopond genannt) ist die entsprechende metrische Einheit – die Kraft, die die Schwerkraft auf eine Masse von 1 Kilogramm ausübt, gleich genau 9,80665 N. Kilogramm-Kraft ist heute weitgehend historisch, da das SI-System Masse und Kraft als klar unterschiedliche Einheiten bevorzugt.

Kraftwerte reichen über einen enormen Bereich: Eine Mücke übt beim Landen etwa 0,00002 N aus, das Gewicht eines Apfels auf der Erde beträgt etwa 1 N, das Gewicht einer Person liegt bei etwa 600 bis 800 N, der Motor eines Kleinwagens kann mehrere Tausend Newton Schubkraft erzeugen, und eine Saturn-V-Rakete erzeugte beim Start etwa 34 Millionen Newton Schubkraft. Da die Kraft sowohl von der beschleunigten Masse als auch von der Beschleunigungsrate abhängt, verdoppelt eine Verdopplung von Masse oder Beschleunigung die benötigte Kraft.