Führungskraft (Physik)

Als Zwangskraft bezeichnet man in der klassischen Mechanik diejenige Kraft, die bewirkt, dass ein Objekt sich nur an denjenigen Orten aufhält, die durch die Zwangsbedingungen zugelassen sind.

Eine Kraft, die keine Zwangskraft ist, bezeichnet man zu Unterscheidungszwecken auch als eingeprägte Kraft.

Auf ein Auto, das auf einer ebenen Straße steht, wirkt beispielsweise als eingeprägte Kraft die Schwerkraft nach unten. Da das Auto nicht in Richtung des Erdmittelpunktes beschleunigt wird, muss die Straße auf dieses eine Zwangskraft ausüben, die der Schwerkraft entgegengesetzt ist und diese genau aufhebt. Wie diese Kraft mikroskopisch zustande kommt, ist für die Betrachtung im Rahmen der klassischen Mechanik unerheblich; hier genügt die Nebenbedingung, dass das Auto nicht "in die Straße versinkt".

Steht das Auto auf einer schiefen Ebene, so wirkt die Zwangskraft durch die Straße senkrecht zur Straßenoberfläche und damit nicht genau entgegengesetzt der Schwerkraft. Die Vektoraddition der Schwerkraft und der Zwangskraft durch die Straße ergibt eine resultierende Kraft, die entlang der Straße nach unten gerichtet ist. Aus der Annahme, dass das Auto trotzdem stehen bleibt, folgt die Existenz einer weiteren Zwangskraft, die der resultierenden Kraft entgegen gerichtet ist und sie genau kompensiert. Dies könnte beispielsweise die durch die festgestellte Handbremse wirksame Reibungskraft sein.

Ein Achterbahnwagen wird durch Zwangskräfte, die von den Schienen ausgeübt werden, auf seiner Bahn gehalten; auf ein Pendel, das an einem Faden hängt, wirkt eine Zwangskraft entlang des Fadens.

Allgemein steht die Zwangskraft immer senkrecht auf der Kurve bzw. auf der Fläche, auf der sich ein Körper bewegen kann. Daraus folgt unter anderem, dass Zwangskräfte keine Arbeit leisten.

Quellen

Stauffer: Theoretische Physik