Anziehungskraft, Streitkraft, Schwerkraft und Tragkraft. Kraftpaket, Kraftfeld, Kraftstoff und Kraftakt. Kernkraft, Heilkraft, Muskelkraft und Geisteskraft. Kraftprotz, Kraftausdruck, Kraftfutter und Kraftwerk. Halbtagskraft, Windkraft, Sprungkraft. Das Thema Kraft begegnet uns im Alltag immer wieder – mal im herkömmlichen und mal im übertragenen Sinn. Der Begriff ist allgegenwärtig und dennoch abstrakt.
Doch was ist Kraft eigentlich?
Der Begriff der Kraft kommt aus der Physik, in der darunter eine Einwirkung verstanden wird, die einen Körper beschleunigen oder verformen kann. Kraft ist nötig, um Arbeit zu verrichten, wofür wiederum Energie benötigt wird.
Wie entstehen bzw. wirken Kräfte?
Die Kraft hat vier fundamentale Erscheinungsformen, die auch als Grundkräfte der Physik bezeichnet werden:
- Die Schwerkraft
Zunächst einmal ist da natürlich die Gravitation (Schwerkraft). Sie wirkt nicht nur von der Erde auf uns, sondern genauso auch umgekehrt. Auch wenn die Auswirkungen nicht spürbar sein mögen, zieht jede Masse im Universum jede andere Masse an. Die Gravitation wirkt immer anziehend und ist nicht nur von der Masse, sondern ebenso vom Abstand abhängig: ihre Stärke ist invers proportional zum Quadrat des Abstands. Die Reichweite der Gravitation ist damit unendlich groß.
Austauschteilchen: Graviton; relative Stärke: 10-38; Reichweite [m]: ∞ - Die elektromagnetische Kraft
Die nächste Kraft, die uns aus dem Alltag geläufig ist, ist die elektromagnetische Kraft. Sie tritt überall dort auf, wo elektrisch geladene Teilchen aufeinander wirken, wie beispielsweise bei Strom, bei Radiowellen oder Sonnenstrahlen. Die elektromagnetische Kraft entsteht durch elektrische Ladung und kann anziehend (bei entgegengesetzten Ladungen) oder abstoßend (bei gleichartigen Ladungen) wirken. Die Reichweite ist unendlich und nimmt wie bei der Gravitation mit dem Quadrat des Abstandes zwischen den Ladungen ab.
Austauschteilchen: Photon; relative Stärke: 10-2; Reichweite [m]: ∞ - Die schwache Kraft
Außerdem gibt es noch die schwache Kraft. Sie ist stark mit der Radioaktivität verknüpft und bringt die Sonne zum Leuchten. Die schwache Kraft ist die Kraft, die den Elementarteilchen erlaubt, sich ineinander umzuwandeln (z. B. kann aus einem Elektron ein Neutrino werden, ein Quark kann sich in ein anderes Quark umwandeln: dieser Vorgang wird als Betazerfall bezeichnet, wenn aus einem Neutron ein Proton wird). Die schwache Kraft kommt nur bei kleinsten Teilchen zum Tragen, ihre Reichweite beträgt ein Tausendstel des Durchmessers eines Protons. Obwohl lebensnotwendig, ist deshalb weder die schwache noch die starke Kraft im allgemeinen Bewusstsein.
Austauschteilchen: W+, W–, Z0; relative Stärke: 10-3; Reichweite [m]: 10-18 - Die starke Kraft
Die starke Kraft schließlich ist die Kraft, die die Atomkerne zusammenhält: die Quarks kommunizieren über den Austausch von Gluonen miteinander. Je weiter sie sich voneinander entfernen, desto größer wird die starke Kraft und hält dadurch die Teilchen zusammen. Die starke Kraft ist die stärkste der vier Naturkräfte, hat aber nur die Reichweite von einem Atomkerndurchmesser.
Austauschteilchen: Gluonen, relative Stärke: 1, Reichweite [m]: 2,5*10-15
Diese vier Kräfte bestimmen also unser Leben. Die moderne Physik geht derzeit davon aus, dass vor dem Urknall nur eine einzige Urkraft das Geschehen beherrschte. Während der Ausdehnung, die mit dem Urknall einherging, spalteten sich dann die einzelnen bekannten Kräfte ab. Die vier Urkräfte sind letztlich vier verschiedene Erscheinungsformen jener einen Urkraft. Stimmt die Urknalltheorie, sollten sich die vier Kräfte folglich in einem gemeinsamen theoretischen Rahmen beschreiben lassen – der sogenannten „Theory of everything“.
In der Praxis
Eine Zugmesslasche für die Messung von Kräften in der Fertigung
…bekommen wir von der starken und schwachen Kraft kaum etwas mit. Sichtbar hingegen sind die Auswirkungen von Gravitation und der elektromagnetischen Kraft. Sei es, wenn Lasten gehoben, Gewichte gemessen oder Brücken gesichert werden, wenn es zu Spannungen in Systemen kommt oder wir uns schlicht und einfach fortbewegen.
Diese Kräfte kann man messen. Ob Kraftmessung bei Kranen, bei Hebezeugen oder mobilen Maschinen, in der Geo- oder in der Bühnentechnik, im Maschinenbau, in der Medizintechnik und in der Robotik: ein Kraftsensor kann entscheidend dazu beitragen, dass Sie als Kunde Zeit sparen, weil Investitions- oder Ausfallsicherheit gewährleistet werden können.
Wenn es also darum geht, welcher Kraftsensor am besten für Ihre Anwendung geeignet ist, welche Komponenten Messgenauigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit einen, oder wie sich Platz, Gewicht und damit Kosten sparen lassen, dann sprechen Sie uns an. Die WIKA Gruppe ist seit fast 20 Jahren Experte in der Kraftmessung und hat die richtigen Antworten auf Ihre Herausforderungen!
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