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Formeln: Bewegung, Kraft, Arbeit und Leistung

Die Grundformeln der Mechanik: Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft, Gewicht, Druck, Arbeit, Energie, Leistung, Drehmoment, Hebel und Reibung.

F2​ = 600 NF1​ = 150 Nl2​ = 0,2 ml1​ = 0,8 mDrehpunktF1​ · l1​ = F2​ · l2​ → 150 N · 0,8 m = 600 N · 0,2 m
Gleichgewicht herrscht, wenn die Drehmomente links und rechts gleich sind. Langer Hebelarm, kleine Kraft: so arbeiten Brechstange, Zange und Schubkarre.
GesuchtFormelGrößen und EinheitenBeispiel
Geschwindigkeitv = stv in m/s; 1 m/s = 3,6 km/h100 m in 20 s → v = 5 m/s = 18 km/h
Beschleunigunga = Δvta in m/s²von 0 auf 10 m/s in 5 s → a = 2 m/s²
KraftF = m · aF in N = kg·m/s²1000 kg · 2 m/s² → F = 2000 N
GewichtskraftG = m · gg = 9,81 m/s²50 kg → G = 490,5 N
Druckp = FA1 bar = 10 N/cm² = 100 000 Pa1000 N auf 10 cm² → p = 100 N/cm² = 10 bar
Mechanische ArbeitW = F · sW in J = N·m500 N über 4 m → W = 2000 J
Hubarbeit (Lageenergie)W = m · g · hh in m100 kg auf 3 m → W = 2943 J
BewegungsenergieEkin = m · v22E in J1000 kg bei 10 m/s → E = 50 kJ
Mechanische LeistungP = WtP in W = J/s2943 J in 10 s → P = 294 W
Leistung bei DrehbewegungP = 2 · π · n · Mn in 1/s, M in Nm1500 1/min = 25 1/s, 30 Nm → P = 4712 W
DrehmomentM = F · rM in Nm, r Hebelarm in m200 N an 0,25 m → M = 50 Nm
HebelgesetzF1 · l1 = F2 · l2Kraft mal Kraftarm = Last mal Lastarm100 N an 1 m hebt 500 N an 0,2 m
ReibungskraftFR = μ · FNμ Reibungszahl, FN Normalkraftμ 0,3, 1000 N → FR = 300 N
Dichteρ = mVρ in kg/dm³15,7 kg Stahl in 2 dm³ → ρ = 7,85 kg/dm³
Einheiten vor dem Einsetzen umrechnen: km/h durch 3,6 ergibt m/s, 1/min durch 60 ergibt 1/s. Ein Joule ist eine Wattsekunde; 3,6 MJ sind eine Kilowattstunde.

Quelle: Physikalische Grundgleichungen, Einheiten nach dem SI, sinngemäß. Richtwerte für die Praxis, maßgeblich sind die gültigen Normen und Herstellerangaben.

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