• Benennung nach physikalischer Ursache: elektromagnetische Kr¨ afte, Gravitationskraft, schwache Kraft, starke Kraft (auch fundamentale Kr¨ afte genannt, siehe unten).

Erg¨ anzungen zur Vorlesung Physik I, HS2014, U. Straumann

Bezeichnung von Kr¨ aften

• Benennung nach Funktion: Beispiele: F¨ uhrungskr¨ afte (halten einen K¨ orper auf seiner Bahn), Zen- tripetalkraft (braucht es, um einen K¨ orper auf einer Kreisbahn zu halten), Reaktionskraft (Kr¨ aftepaare im Sinne des III. Newton’schen Prinzips).

• Bennenung nach Ort und Umst¨ anden des Auftretens: Oberfl¨ achenkaft, Normalkraft, Reibung, Federkraft, Deformationskraft, Druckkraft.

• Benennung nach physikalischer Ursache: elektromagnetische Kr¨ afte, Gravitationskraft, schwache Kraft, starke Kraft (auch fundamentale Kr¨ afte genannt, siehe unten).

In einer konkreten Situation kann ein und dieselbe Kraft Bezeichnungen aus verschiedenen Kriterien haben: Bei einem Satelliten, der kreisf¨ ormig um die Erde fliegt, wirkt die Gravitationskraft der Erde als Zentripetalkraft um ihn auf seiner Bahn zu halten.

Fundamentale Kr¨ afte

Fundamentale Kr¨ afte sind solche, die nicht auf eine weitere Wechselwirkung zur¨ uckgef¨ uhrt werden k¨ onnen, sie sind “einfach da”. Es sind vier fundamentale Kr¨ afte bekannt. Zum Teil, aber nicht vollst¨ andig ist es gelungen, diese mit einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben.

1. Die elektromagnetischen Kr¨ afte f¨ uhren zu den elektrostatischen Ph¨ anomenen, sie sind verantwortlich f¨ ur die Bildung von Atomen und Molek¨ ulen und somit f¨ ur die gesamte Chemie. Str¨ ome und Elektrotechnik, Magnetfelder, sowie die Oberfl¨ achenreibung werden damit erkl¨ art.

2. Die Gravitationskraft erkl¨ art Schwere in unserem Alltag, die Bewegung der Planeten und Galaxien, grossr¨ aumige Strukturen im Weltall.

3. Die schwache Kraft ist f¨ ur radioaktive β-Zerf¨ alle verantwortlich, f¨ ur die Steuerung des Brennstoffzyklus der Sonne, und immer wenn Quarks in Leptonen umgewandelt werden.

4. Die starke Kraft bestimmt die Struktur und den Zusammenhalt der Protonen und Neutronen, sowie der Atomkerne. Kernenergie.

Die “Vereinheitlichung” von Wechselwirkungen in einer gemeinsamen Theorie ist ein wichtiges Ziel der heutigen Forschung. Bereits im 18. Jahrhundert ist es gelungen, zwei Ph¨ anomene mit der gleichen Formel zu beschreiben:

Die Coulombkraft

F ~

= 1 4πε

· q

q

r

· ~ r

r (1)

und das Newton’sche Gravitationsgesetz

F ~

= −Γ · m

m

r

· ~ r

r (2)

sind formal gleich. Sind unterscheiden sich in den Quellen. Die Quelle der elektrischen Kraft sind die Ladungen q

, die der Gravitation die (schweren) Massen m

. Die Abstandsabh¨ angigkeiten sind dieselben. Die unter- schiedlichen Konstanten sind eine Frage der Einheiten.

Auf ¨ ahnliche Art ist es seit etwa 50 Jahren m¨ oglich drei der Kr¨ afte (alle ausser Gravitation) auch im quanten- mechanischen Bereich mit einer gemeinsamen Theorie zu beschreiben (Eichtheorien). Aber immer noch sind die Quellen und die Konstanten unterschiedlich.

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