Titel
Kraft
,
Kraft [unkorrigiert]
![Bild 60.671: Kraft [unkorrigiert]](/meyers/thumb/60/60_0671.jpeg "Bild 60.671: Kraft [unkorrigiert]")
* 2 Kraft.
[* 2] in der
Naturlehre die
Ursache, welche man zur
Erklärung einer
Erscheinung annimmt. Eine Kraft
kann demnach niemals
sinnlich wahrgenommen, sondern nur aus ihren
Wirkungen erschlossen werden. Eine Kraft
ist völlig bestimmt, wenn ihr Angriffspunkt,
ihre
Richtung und ihre
Größe oder
Stärke
[* 3] gegeben sind. So nehmen wir z. B. als
Ursache des
Fallens der
Körper die
Schwerkraft an; ihr Angriffspunkt ist der
Schwerpunkt
[* 4] (s. d.) des fallenden
Körpers, ihre
Richtung geht lotrecht
nach abwärts (d. h. in gerader
Linie dem
Mittelpunkt der
Erde zu), ihre
Größe bemißt sich nach dem
Druck,
den der
Körper im
Zustand der
Ruhe auf eine horizontale Unterlage, oder nach dem Zug,
den der aufgehängte
Körper auf den Aufhängungspunkt
ausüben würde, d. h. nach dem
Gewicht des
Körpers. Da jede Kraft
sich durch
Druck oder Zug
äußert, so kann nicht nur die
Schwerkraft,
sondern jede beliebige Kraft
ihrer
Größe nach durch ein
Gewicht ausgedrückt werden. Die Gewichtseinheit
(z. B. das
Kilogramm) kann daher zugleich als
Krafteinheit dienen.
Alle
Naturkräfte lassen sich zurückführen auf solche, welche in der geraden Verbindungslinie je zweier aufeinander wirkender
Stoffteilchen anziehend oder abstoßend thätig
sind. Dabei ist die
Wirkung eines
Körpers auf einen andern immer eine gegenseitige,
und zwar wird jeder der beiden
Körper mit der gleichen Kraft
angezogen oder abgestoßen. Dieses
Gesetz der
Gleichheit von
Wirkung und Gegenwirkung ist eins der einfachsten und allgemeinsten
Naturgesetze, von welchem man keine Ausnahme
kennt.
Man kann die Kräfte einteilen in solche, welche auch in größerer Entfernung wirken, und in solche, welche nur in unmeßbar kleiner Entfernung zwischen den Molekülen (s. d.) der Körper in wahrnehmbarer Weise thätig sind (Molekularkräfte). Zu den fern wirkenden Kräften gehört die allgemeine Massenanziehung oder Gravitation (von welcher die Schwerkraft als Anziehung zwischen der Erde und den an ihrer Oberfläche befindlichen Körpern nur ein besonderer Fall ist) sowie die elektrostatische und elektrodynamische Anziehung und Abstoßung, auf welch letztere die magnetischen Kräfte zurückgeführt werden können. Zu den Molekularkräften gehören:
1) die chemische Verwandtschaft oder Affinität, welche die chemische Verbindung der Atome zu gesetzmäßig gebauten Atomgruppen oder Molekülen vermittelt;
Verbänderung - Verbann
* 5 Verband.2) die Kohäsion, welche die Moleküle in ihrem Verband [* 5] zu einem Körper zusammenhält (die Elastizität und die Kapillarität sind spezielle Äußerungen der Kohäsion bei festen und flüssigen Körpern);
3) die
Molekularkräfte des
Äthers in ihrer Wechselbeziehung zu denjenigen der Körperatome, welche zur
Erklärung der
Licht-
und Wärmeerscheinungen dienen. - Die
Größe der fern wirkenden Kräfte steht im umgekehrten
Verhältnis des
Quadrats der
Entfernung
der zwei aufeinander wirkenden
Körper. Auch die
Stärke der
Molekularkräfte ist von der gegenseitigen
Entfernung der wirkenden Körperteilchen abhängig; jedoch ist das
Gesetz dieser Abhängigkeit nicht bekannt, man weiß bloß,
daß die
Molekularkräfte nur in sehr kleinen
Entfernungen überhaupt merklich sind, bei zunehmender
Entfernung außerordentlich
rasch abnehmen und in meßbarer
Entfernung verschwinden. - Wenn eine Kraft
einen
Körper in
Bewegung setzt,
so leistet sie, indem sie seine
Trägheit überwindet, eine
Arbeit, deren Betrag durch das
Produkt aus der
Größe der Kraft
und
der
Länge des Wegs, den ihr Angriffspunkt in der
Richtung der Kraft
zurückgelegt hat, gemessen wird.
Ist die in
Kilogrammen und die Weglänge in
Metern ausgedrückt, so ergibt sich die
Arbeit als
Produkt dieser
beiden
Größen in
Meterkilogrammen. Das
Meterkilogramm, d. h. diejenige
Arbeit, welche eine Kraft
von 1 kg leistet, indem sie einen
ihr gleichen
Widerstand durch eine Weglänge von 1 m überwindet, ist demnach die
Einheit der Arbeitsgrößen, wie
das
Kilogramm die
Einheit der Kraft
größen ist. Ein bewegter
Körper besitzt nun vermöge seiner
Geschwindigkeit die Fähigkeit,
einen ihm entgegenstehenden
Widerstand zu überwinden und dabei, bis seine
Geschwindigkeit erschöpft ist, eine ebenso große
Arbeit zu leisten, wie die bewegende Kraft
vorher aufgewendet hatte, um ihm seine
Geschwindigkeit zu erteilen. Diese
Arbeitsfähigkeit, welche einem bewegten
Körper innewohnt, heißt seine lebendige Kraft oder seine
Wucht; sie wird nach den
Lehren
[* 6] der
Mechanik ausgedrückt durch das halbe
Produkt der
Masse (m) des bewegten
Körpers mit dem
Quadrat seiner
Geschwindigkeit (v):
½mv². Der
Begriff »lebendige Kraft« bezeichnet demnach keine Kraft, sondern
eine nach
Meterkilogrammen zu messende Arbeitsgröße.
Kraft (physikalisch)
* 7 Seite 10.133.Die Fähigkeit eines Körpers, Arbeit zu leisten, wird ganz allgemein Energie genannt. Nicht nur ¶
mehr
bewegte Körper, sondern auch solche, welche sich in völliger Ruhe befinden, können Energie besitzen. Wird z. B. ein in die Höhe geworfener Stein, wenn er sich im höchsten Punkt seiner Bahn befindet, von dem Dach [* 8] eines Hauses aufgefangen, so bleibt er daselbst liegen ohne Bewegung, jedoch nicht ohne das Vermögen, Arbeit zu leisten, und demnach nicht ohne Energie. Denn läßt man ihn von dort wieder zum Boden herabfallen, so erreicht er ihn mit der nämlichen Geschwindigkeit und sonach mit derselben lebendigen Kraft, welche er beim Aufwärtswerfen besaß, und vermag daher jetzt eine Arbeit zu verrichten ebenso groß wie diejenige, welche zum Hinaufwerfen aufgewendet wurde.
Die Energie, welche dem auf dem Dach liegenden Stein innewohnt und welche beim Herabfallen zum Vorschein kommt, verdankt derselbe seiner erhöhten Lage, d. h. dem Umstand, daß er vom Anziehungsmittelpunkt der Erde weiter entfernt ist, als da er noch am Boden lag. Man nennt diese im ruhenden Körper gleichsam aufgespeicherte Arbeitsfähigkeit deswegen Energie der Lage, ruhende oder potentielle Energie und bezeichnet im Gegensatz hierzu die lebendige Kraft oder Wucht eines bewegten Körpers als Energie der Bewegung, thätige, aktuelle oder kinetische Energie.
Armatur - Armbrust
* 9 Armbrust.Die zum Spannen einer Armbrust [* 9] verbrauchte Arbeit findet sich als potentielle Energie in der gespannten Sehne und verwandelt sich beim Abdrücken in die aktuelle Energie des fortgeschleuderten Pfeils. Die Arbeit, welche unsre Hand [* 10] beim Aufziehen einer Uhr [* 11] leistet, geht als potentielle Energie in die gespannte Feder oder das emporgehobene Gewicht über und verweilt in diesem Ruhezustand, solange das Uhrwerk gehemmt ist; wird es ausgelöst, so setzt sich diese potentielle Energie allmählich in die Bewegungsenergie der sich drehenden Räder um. Aus den letztern Beispielen erhellt zugleich, warum die potentielle Energie zuweilen auch Spannungsenergie genannt wird.
Wird ein Stein vertikal aufwärts geworfen, so vermindert sich seine Geschwindigkeit unter dem Einfluß der entgegenwirkenden Schwere; was er aber beim Emporsteigen an Bewegungsenergie verliert, gewinnt er an Energie der Lage, bis sich im höchsten Punkt seines Flugs, wo seine Geschwindigkeit erschöpft ist, seine ganze anfänglich vorhandene Bewegungsenergie in Energie der Lage verwandelt hat. Fällt er nun wieder herab, so beginnt er seinen Lauf nach unten mit diesem Betrag von potentieller Energie, und während er immer tiefer fällt, wird seine potentielle Energie geringer und seine Bewegungsenergie größer, und zwar so, daß die Summe beider immer die nämliche bleibt. In dem Augenblick endlich, in welchem er den Boden erreicht, hat sich seine Energie der Lage wieder völlig in Bewegungsenergie verwandelt, welche ebenso groß ist wie diejenige, mit welcher er anfänglich emporstieg. Die Gesamtenergie des geworfenen Steins bleibt also während seiner ganzen Bewegung unverändert, indem sich nur die eine Art Energie in die andre ohne Verlust und ohne Gewinn allmählich verwandelt.
Reibung
* 12 Reibung.Was wird nun aber aus der Energie des Steins, wenn er den Boden trifft und hier plötzlich zur Ruhe kommt? Die Energie seiner sichtbaren Bewegung wird im Moment des Stoßes allerdings vernichtet; wir wissen aber, daß, so oft Bewegungsenergie durch Stoß oder durch Reibung [* 12] scheinbar zerstört wird, eine Erwärmung der beteiligten Körper eintritt; eine Kanonenkugel z. B., gegen eine eiserne Panzerplatte geschossen, erhitzt sich bis zum Rotglühen, und wird ein Eisenbahnzug durch Bremsen [* 13] zum Stehen gebracht, so erwärmen sich Räder und Bremsen.
Nun haben Joule und Hirn durch genaue Versuche dargethan, daß durch je 424 Arbeitseinheiten (Meterkilogramme), welche beim Stoß oder bei der Reibung scheinbar verschwinden, eine Wärmemenge erzeugt wird, welche im stande ist, 1 kg Wasser um 1° C. zu erwärmen, und daß diese Wärmemenge (die Wärmeeinheit), wenn sie, z. B. in einer Dampfmaschine, [* 14] verbraucht wird, wiederum eine Arbeit von 424 Meterkilogrammen leistet. Man nennt daher diese Zahl von 424 Meterkilogrammen das mechanische Äquivalent der Wärme. [* 15]
Auge des Menschen
* 16 Auge.Diese Thatsache der Äquivalenz von Arbeit und Wärme wird sofort verständlich, wenn wir im Sinn der mechanischen Wärmetheorie (s. Wärme) annehmen, daß die Wärme eine Art Bewegung sei und zwar eine schwingende Bewegung der kleinsten Teilchen (Moleküle) der Körper, welche wegen der Kleinheit dieser Teilchen unserm Auge [* 16] nicht sichtbar ist, dagegen auf unsern Gefühlssinn denjenigen Eindruck hervorbringt, welchen wir Wärme nennen. Wenn daher die Energie der sichtbaren Bewegung eines Körpers durch Stoß oder Reibung scheinbar zerstört wird, so verschwindet sie in der That nicht, sondern sie verwandelt sich bloß, ohne Verlust und ohne Gewinn, in die Energie der unsichtbaren Wärmebewegung.
Energie kann niemals vernichtet, und ebensowenig kann Energie aus nichts erschaffen werden; alle Vorgänge in der Natur beruhen bloß auf der Verwandlung der Energie einer Bewegungsart in die Energie einer andern Bewegungsart oder auf der Verwandlung von Bewegungsenergie in Energie der Lage und umgekehrt; die gesamte im Weltall vorhandene Energiemenge ist eine unveränderliche Größe. Dieses durch alle Erfahrungen bestätigte Grundgesetz der gesamten Naturlehre wird das Prinzip der Erhaltung der Energie oder auch, allerdings weniger angemessen, das Prinzip der Erhaltung der Kraft genannt.
Indem dieses Gesetz die Umwandlung sämtlicher Energien der Natur (Schall, [* 17] Wärme, Licht, [* 18] Elektrizität, [* 19] chemische Trennung und Verbindung, mechanische Energie) ineinander beherrscht, so daß sich dieselben nur als verschiedene Erscheinungsformen einer und derselben Wesenheit darstellen, führt es zu der Erkenntnis ihres innern Zusammenhangs und berechtigt uns, in diesem Sinn von der Einheit der Naturkräfte zu sprechen. Zur Erläuterung dieser Begriffe mögen noch folgende Beispiele von Energieumwandlungen angeführt werden.
Mas a Fuera - Maschine
* 20 Maschine.Durch Drehen einer magnetelektrischen Maschine [* 20] (s. d.) wird ein elektrischer Strom erzeugt, dessen Energie der aufgewendeten mechanischen Arbeit äquivalent ist. In einem metallischen Schließungskreis bringt dieser Strom eine entsprechende Wärmemenge hervor;
ist aber eine mit angesäuertem Wasser gefüllte Zersetzungszelle eingeschaltet, so entsteht eine geringere Wärmemenge, dafür wird aber chemische Arbeit geleistet, indem ein Teil des Wassers in seine Bestandteile, Sauerstoff und Wasserstoff, zerlegt wird;
diese Arbeit befindet sich als potentielle Energie in den beiden Bestandteilen und kommt als Wärme zum Vorschein, wenn sie sich wieder miteinander zu Wasser vereinigen, d. h. wenn der Wasserstoff verbrennt;
die Verbrennungswärme des entwickelten Wasserstoffs ist nämlich der im Schließungskreis vermißten Wärmemenge genau gleich.
Kraft (Personname) - K
* 22 Seite 10.134.Leitet man den elektrischen Strom durch die Drahtwindungen einer elektromagnetischen Kraftmaschine (s. d.), so leistet er mechanische Arbeit, wofür im Schließungskreis eine äquivalente Wärmemenge verschwindet. Endlich seien noch erwähnt die Umwandlungen der Energie, welche die Sonne [* 21] durch ¶
mehr
Vermittelung der Wellenbewegung [* 23] des Äthers als Licht und strahlende Wärme unsrer Erdoberfläche zuführt. Indem die Erwärmung an verschiedenen Stellen der Erdoberfläche ungleich ausfällt, wird das Gleichgewicht [* 24] der Atmosphäre gestört und sucht sich durch Strömungen wiederherzustellen; die Bewegungsenergie der Winde [* 25] ist daher nichts andres als umgewandelte Energie der Sonnenstrahlung. Durch die Verdampfung, welche unter dem Einfluß der Sonnenwärme an der Meeresoberfläche vor sich geht, werden ungeheure Mengen Wasserdampf in die höhern Regionen der Atmosphäre emporgehoben, von wo sie, zu Wasser verdichtet, als Regen oder Schnee [* 26] herabfallen und, zu Bächen und Flüssen gesammelt, dem Meer wieder zuströmen.
Holywood - Holz
* 28 Holz.Während des Herabsinkens gibt das Wasser die gesamte Energie, welche es beim Emporsteigen von der Sonne empfing, als Wärme (Freiwerden der sogen. latenten Wärme) und Bewegungsenergie wieder aus, wovon die letztere durch Wasserräder [* 27] für die Zwecke der menschlichen Industrie nutzbar gemacht werden kann. In den grünen Blättern der Pflanzen wird durch die Sonnenstrahlen die aus der Luft aufgenommene Kohlensäure zerlegt; der Sauerstoff kehrt gasförmig in die Atmosphäre zurück, der Kohlenstoff aber wird zum Aufbau des festen Pflanzenkörpers verwendet.
In dem Holz [* 28] eines Baumstammes findet sich nun die gesamte Energie der Sonnenstrahlen, welche zu seiner Bildung im Lauf des Jahrs verbraucht wurde, als potentielle Energie aufgespeichert und kommt als aktuelle Energie in Form von Licht und Wärme ungeschmälert zum Vorschein, wenn das Holz oder vielmehr der in ihm enthaltene Kohlenstoff durch Verbrennung wieder in den Zustand der Kohlensäure zurückkehrt. In den Steinkohlenlagern, umgewandelten Resten urweltlicher Pflanzen, ist ein reicher Sparpfennig gebundener Sonnenenergie niedergelegt, welcher in ferner geologischer Epoche durch die assimilierende Thätigkeit der damaligen Urwälder angesammelt wurde und durch den Verbrennungsprozeß jederzeit wieder in Freiheit gesetzt werden kann; demnach ist die Wärme unsrer Öfen, [* 29] das Licht unsrer Gasflammen, die Arbeit der Dampfmaschinen [* 30] Energie, die ursprünglich von der Sonne stammt.
Quelle
* 31 Quelle.Von den Tieren nähren sich die einen unmittelbar von Pflanzen, andre verzehren ihre pflanzenfressenden Mitgeschöpfe, in beiden Fällen erkennen wir die Pflanzenwelt als die alleinige Quelle [* 31] alles tierischen Lebens. Im tierischen Organismus verbindet sich der in der Nahrung eingenommene Kohlenstoff mit dem eingeatmeten Sauerstoff und wird in Form von Kohlensäure ausgehaucht, d. h. die Energie der Sonnenstrahlen, welche die Pflanze zur Abscheidung des Kohlenstoffs verbrauchte und als potentielle Energie in letzterm niederlegte, wird im tierischen Körper als Wärme und Bewegung wieder frei. Diese Reihe von Betrachtungen, welche sich noch weiter fortsetzen läßt, führt schließlich zu der Erkenntnis, daß die Sonne der alleinige Urquell aller Wärme, aller Bewegung, alles Lebens an unsrer Erdoberfläche ist.
