Kraft ist ein grundlegender Begriff in der Physik. In der klassischen Physik versteht man darunter eine Einwirkung auf einen Körper, die ihn beschleunigt – das heißt seine Geschwindigkeit vergrößert, verringert, deren Richtung ändert – oder die ihn verformt. Kräfte sind erforderlich, um Arbeit zu verrichten, wobei sich die Energie eines Körpers oder eines physikalischen Systems ändert.
Die Kraft ist eine gerichtete physikalische Größe, die durch einen Vektor dargestellt werden kann. Für zwei Kräfte, die am gleichen Punkt angreifen, gilt: Wenn sie entgegengesetzt und gleich stark sind, heben sie sich auf (Kräftegleichgewicht). Andernfalls gilt, dass sie zu einer resultierenden Kraft zusammengefasst werden können, die mithilfe eines Kräfteparallelogramms ermittelt wird. Kräfte haben verschiedene Ursachen oder Wirkungen und werden teilweise nach ihnen benannt, etwa die Reibungskraft, die Zentripetalkraft und die Gewichtskraft. Manche Arten von Kräften wurden auch nach Personen benannt, die wesentlich an ihrer Erforschung mitgewirkt haben, wie die Corioliskraft, die Coulombkraft oder die Lorentzkraft.
Die SI-Maßeinheit der Kraft ist das Newton. Das Formelzeichen der Kraft ist meist (von lat. fortitudo oder engl. force), Abschnitt 4.1 Masse und Kraft. oder selten nach dem deutschen Wortanfang.
Der physikalische Kraftbegriff geht wesentlich auf Isaac Newton zurück, der im 17. Jahrhundert mit den drei newtonschen Gesetzen die Grundlagen der klassischen Mechanik schuf. Dabei definierte er die Kraft als zeitliche Änderung des Impulses und identifizierte sie als Ursache für jede Veränderung des Bewegungszustandes eines Körpers. Außerdem erkannte er, dass jeder Körper, der auf einen anderen eine Kraft ausübt, von diesem eine entgegen gerichtete, gleich große Reaktionskraft erfährt.
Die heutige Physik unterscheidet vier Grundkräfte, in manchen Zusammenhängen wird der Begriff Kraft gleichbedeutend mit Wechselwirkung verwendet.
Wort- und Begriffsgeschichte Das Wort Kraft Das Wort Kraft ist urgermanischen Ursprungs und verband sich mit einer Muskelanspannung.Wolfgang Pfeifer (Leitung): Etymologisches Wörterbuch des Deutschen. Ungekürzte, durchgesehene Ausgabe. Deutscher Taschenbuch Verlag, München 1995. ISBN 3-05-000626-9; 7. Aufl. 2004, ISBN 3-423-32511-9. Eine digitale Fassung dieses Wörterbuchs ist im lexikalischen Informationssystem abrufbar: dwds.de.
In der physikalischen Fachsprache ist Kraft (beziehungsweise force) spätestens im 17. Jahrhundert mit dem lateinischen vis gleichgesetzt worden.Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. 1687, deutsche Ausgabe Mathematische Prinzipien der Naturlehre. Übersetzt und erläutert von Jacob Philip Wolfers, Oppenheim, Berlin 1872. (Unveränderter Nachdruck Minerva, 1992, ISBN 3-8102-0939-2).
Das altgriechische Wort für Kraft, dýnamis (δύναμις), lebt im Namen des physikalischen Teilgebiets Dynamik fort, der Lehre von der Bewegung unter dem Einfluss von Kräften. Es liegt auch der Krafteinheit dyn des CGS-Einheitensystems zugrunde.
Außerhalb der Physik bezeichnet Kraft eine körperliche oder geistige Eigenschaft, die einem bestimmten Träger zukommt. Dadurch, dass er diese Kraft hat, ist er zu bestimmten Handlungen befähigt und kann damit bestimmte Wirkungen erzielen. Beispiele sind: Geisteskraft, politische Kraft, kraftvolle Stimme, kraftvolle Sprache etc. Andere Formulierungen wie eine Kraft ausüben, unter der Kraft zusammenbrechen, richten sich mehr auf den Ablauf der Handlung und kommen damit dem physikalischen Fachbegriff näher. Seit etwa dem Ende des 18. Jahrhunderts kann Kraft auch die Personen selbst meinen, die die Träger der Kraft sind (Streitkräfte, Arbeitskräfte, Lehrkräfte). In der Rechtssprache bedeutet Kraft schon im Althochdeutschen Gültigkeit bzw. Wirksamkeit, was sich nur noch in bestimmten Formeln ausdrückt: in/außer Kraft bleiben/treten/setzen (vgl. Rechtskraft). Durch Verkürzung entstand aus in/durch Kraft die Präposition kraft (stets mit dem Genitiv), wie kraft seines Amtes oder in der Formulierung „… hat das deutsche Volk kraft seiner verfassungsgebenden Gewalt …“ aus der Präambel zum Grundgesetz.
Die Wurzeln des allgemeinen und des mechanischen Begriffs der Kraft mini|Aristoteles Der Ursprung des Kraftbegriffs liegt (nach Max Jammer) in der menschlichen Erfahrung, dass eine einmal gefasste Absicht in die Tat umgesetzt werden kann. Damit steht der Kraftbegriff von Anfang an in engster Verbindung zum Kausalprinzip: Das Ausüben der Kraft ist Folge des Entschlusses, die hervorgebrachte Wirkung ist Folge des Einwirkens der Kraft. Ausgehend von den einfachsten Beispielen, wie willentliches Bewegen der Teile des eigenen Körpers oder anderer Gegenstände, werden dann verallgemeinernd alle Vorgänge, die einen unterstellten natürlichen Zustand oder Ablauf der Dinge verändern, auf das Einwirken von Kräften zurückgeführt. Das schließt auch den Fall der Verhinderung eines natürlich ablaufenden Vorgangs ein, etwa wenn das natürliche Herabfallen eines Gegenstands durch Anwendung einer Kraft verhindert werden kann. Für unerklärbare Vorgänge wurden, wahrscheinlich schon seit prähistorischen Zeiten, jeweils bestimmte Kräfte verantwortlich gemacht. Sie wurden herbeigesehnt oder gefürchtet, und teils in Gestalt von Göttern der verschiedensten Rangstufen personifiziert, angerufen und verehrt.
Physikalische Kräfte im engeren mechanischen Sinne wurden seit der Antike im Zusammenhang mit Problemen von Ruhe und Bewegung der Körper diskutiert. Die Statik behandelte die Frage, welche Kräfte anzuwenden sind, um einen Körper in Ruhe (oder im Gleichgewicht) zu halten. Schon in der Antike entdeckte Archimedes hierzu das Archimedische Prinzip als Gesetz des hydrostatischen Auftriebs und das Hebelgesetz. Das Gleichgewicht von drei Kräften wurde erst im 16. Jahrhundert von Simon Stevin durch die Bedingung des geschlossenen Kräftedreiecks angegeben. Dies ist zum allgemein bekannten Kräfteparallelogramm äquivalent. Stevin leitete auch als Erster die Gleichgewichtsbedingung auf der schiefen Ebene her. Nachdruck: Documenta technica, Reihe 1, Darstellungen zur Technikgeschichte, Verlag Olms, Hildesheim 1979. Damit wurden die „vier einfachen Maschinen“ in den Universitätslehrbüchern der Physik bis ins 19. Jahrhundert hinein ausführlich dargestellt.
Für Bewegungen von Körpern war seit Aristoteles die Ansicht vorherrschend, dass eine Kraft nur nötig sei, um einen Körper von seiner natürlichen Form der Bewegung abzubringen, sodass er eine erzwungene Bewegung ausführt. Als natürliche Bewegung galt bei Himmelskörpern die Kreisbahn, bei irdischen Körpern der freie Fall. Eine erzwungene Bewegung, wie der schiefe Wurf oder die Pendelschwingung, endet automatisch, sobald die bewegende Kraft aufhört zu wirken. Die Einwirkung der bewegenden Kraft konnte nicht als Fernwirkung erfolgen, sondern nur auf mechanische Weise, d. h. durch Stoß, Zug oder Reibung bei unmittelbarem Kontakt von zwei Körpern. Beim geworfenen Stein wurde angenommen, dass es die umgebende Luft ist, die ihn weiter vorantreibt. Die Kraft bestimmt auch die Geschwindigkeit des in Bewegung befindlichen Körpers in einer Weise, die später als eine Proportionalität zur bewirkten Geschwindigkeit gedeutet wurde. Eine gleichmäßig einwirkende Kraft wurde als eine rasche Folge unmerklich kleiner Stöße angesehen.
Im Mittelalter entstanden aus der aristotelischen Lehre unterschiedliche Bewegungslehren, die schließlich in der Impetustheorie aufgingen. Demnach wird dem Körper durch einen Stoß oder Wurf zu Beginn der Bewegung ein Impetus mitgegeben, der ihn vorantreibt. Dieser dem Körper eingeprägte und in ihm befindliche Impetus erschlafft mit der Zeit, was durch den Widerstand des Mediums, zum Beispiel Luft, verstärkt wird. So endet auch in der Impetustheorie jede Bewegung automatisch, wenn der Impetus verbraucht ist und der Körper keine Kraft mehr hat. Im Gegensatz zur Sicht von Aristoteles war nun kein fortdauerndes Einwirken des externen Bewegers mehr nötig. Beibehalten wurde aber beispielsweise die Proportionalität von eingeprägtem Impetus und Geschwindigkeit.
Der heutige physikalische Kraftbegriff löste sich davon ab, als in der Renaissance im 16./17. Jahrhundert die Bewegungen von irdischen und himmlischen Körpern durch genauere und messende Beobachtungen erforscht wurden. Dabei stellte sich heraus (u. a. durch Nikolaus Kopernikus, Galileo Galilei, Johannes Kepler), dass diese Bewegungen einfachen Regeln folgen, die von Isaac Newton durch ein gemeinsames Bewegungsgesetz erklärt werden konnten, wenn man einen neuen Kraftbegriff zugrunde legt. Newtons Kraftbegriff, der zur Grundlage der klassischen Mechanik wurde, geht vollständig von der Bewegung aus. Er bestimmt als Maß der eingeprägten Kraft die Abweichung von der reinen Trägheitsbewegung des Körpers, die ihrerseits als geradlinig gleichförmig vorausgesetzt wurde. Damit verlor auch das Gewicht die Eigenschaft einer dem einzelnen Körper innewohnenden Eigenschaft und wurde zu einer eingeprägten Kraft, deren Stärke über die Fallbeschleunigung bestimmt werden konnte. Allerdings benutzt Newton selbst, wie auch seine Nachfolger, noch bis ins 19. Jahrhundert, das Wort Kraft an manchen Textstellen auch in anderem Sinn, seine Trägheitskraft ähnelt z. B. zuweilen dem Impetus.
Der moderne Begriff der mechanischen Kraft mini|Galileo Galilei Auch Galilei war von der aristotelischen Tradition geprägt worden, kam aber mit seinem Trägheitsgesetz ihrer Überwindung schon sehr nahe. Er erkannte, dass Ruhe und gleichförmige horizontale Bewegung physikalisch nicht wesensverschieden sind (siehe Galilei-Invarianz). Christiaan Huygens leitete mit dieser Erkenntnis anschließend die Erhaltung des Impulses und damit die Gesetze des Stoßes ab. Diese Gesetze zeigten, dass sich gleichförmige Bewegung und Ruhe nicht dadurch unterscheiden, dass für die bloße Aufrechterhaltung der Bewegung eine eigene Kraft nötig sei, für die Beibehaltung der Ruhe aber nicht. Vielmehr macht erst die Veränderung des jeweiligen Bewegungszustandes eine äußere Einwirkung erforderlich. Diese Einwirkung präzisierte wenig später Isaac Newton in seinen Bewegungsgesetzen. Zunächst legte er (wie vor ihm Descartes) den unbeeinflussten Bewegungszustand als geradlinig gleichförmig fest und definierte in seinem neuen Begriff vis impressa (lat. für eingeprägte Kraft) die Geschwindigkeit, mit der dieser Bewegungszustand sich ändert, als Maß der Kraft. Dieser Kraftbegriff gilt nach weiterer Präzisierung durch Leonhard Euler und Jean-Baptiste le Rond d’Alembert noch, er gehört zu den Grundlagen der klassischen Mechanik. Newton selbst verwendete den Begriff vis impressa allerdings nicht immer nur in diesem Sinne und benutzte das gleiche Wort vis unter anderem auch als vis inertiae für das Bestreben der Körper, ihren Bewegungszustand beizubehalten, also ihre Trägheit.
Daneben wurde das Wort Kraft bis weit ins 19. Jahrhundert auch in anderen physikalischen Bedeutungen benutzt, die ebenfalls nicht durch die newtonsche Definition gedeckt waren, z. B. in der Bedeutung der heutigen Begriffe von Impuls und Energie. Bis sich der moderne Energiebegriff herausgebildet und durchgesetzt hatte, wurde beispielsweise die kinetische Energie mit dem von Gottfried Wilhelm Leibniz geprägten Ausdruck der lebendigen Kraft (vis viva) bezeichnet, der noch im 19. Jahrhundert von Hermann von Helmholtz und Anfang des 20. Jahrhunderts in der technischen Mechanik verwendet wurde. Das setzt sich fort in Worten wie Kraftwerk und Kraftfahrzeug für Maschinen, die Energie bereitstellen.
Kraft in der Naturlehre und Naturphilosophie