The Book on the Table — the Force You Cannot See
Ein Stapel schwerer Bücher liegt ruhig auf einem Tisch. Die Schwerkraft zieht die ganze Zeit daran und er bewegt sich nicht, also muss etwas genauso stark dagegenhalten. Dieses Etwas ist der Tisch, und die Kraft, die er ausübt, ist die Normalkraft — senkrecht zur Fläche und gerade deshalb leicht zu übersehen, weil nie etwas passiert. Stützen Sie sich auf den Stapel und der Tisch zieht Newton für Newton mit; ziehen Sie den Tisch weg und sehen Sie, was eine Resultierende wirklich anrichtet.
So benutzt du diese Simulation
- Stellen Sie Bücher im Stapel von einem Band auf drei und sehen Sie beide Kräfte dem Gewicht folgen
- Drücken Sie mit bis zu 60 N auf den Stapel und der Tisch legt genau so viel zu
- Drücken Sie Tisch wegziehen, um die Unterlage ganz zu entfernen
- Wechseln Sie zwischen Augenhöhe und einer Nahaufnahme der Bücher
Worauf du achten solltest
- Das Freikörperbild trägt nur äußere Kräfte, jede mit ihrer Quelle beschriftet
- Wirkt sonst nichts vertikal, ist der Druck des Tisches genau das Gewicht des Stapels
- Beim Drücken steigt F_N über mg — die Normalkraft ist kein anderes Wort für Gewicht
- Die Resultierende bleibt bei null, wie sehr sich die beiden Kräfte auch ändern
- Ohne Tisch verschwindet die Normalkraft und die Resultierende ist das ganze Gewicht
- Dann übernimmt der Boden die Aufgabe des Tisches, und das Gleichgewicht ist wieder da
Die Physik dahinter
Ein Körper ist im translatorischen Gleichgewicht, wenn er in Ruhe bleibt oder sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, und das ist genau dann der Fall, wenn die Resultierende aller Kräfte auf ihn null ist: ΣF = 0. Auf den Stapel wirken zwei äußere Kräfte, solange er auf dem Tisch liegt: sein Gewicht F_g = mg nach unten durch seinen Schwerpunkt und die Normalkraft F_N nach oben, senkrecht zur Fläche. ΣF_y = 0 liefert F_N = mg. Diese Gleichheit ist eine Folge, keine Definition: Drücken Sie mit einer zusätzlichen Kraft auf den Stapel, so lautet das Gleichgewicht F_N = mg + F_Hand, der Tisch drückt also stärker, als die Bücher wiegen. Die Normalkraft ist das, was der Kontakt aufbringen muss, damit die Summe null bleibt. Nimmt man den Kontakt weg, gibt es gar keine Normalkraft mehr: die Resultierende ist das ganze Gewicht, und der Stapel fällt mit a = g.