Zwangskräfte

Zwangskräfte,

 

Führungskräfte, Mechanik: bei nicht frei beweglichen mechanischen Systemen, d. h. Systemen, denen weniger Freiheitsgrade zur Verfügung stehen als prinzipiell möglich, Größen von der Dimension der Kraft, die sich nach dem Prinzip der virtuellen Arbeit aus den Bedingungsgleichungen ableiten lassen, mit denen die einschränkenden Nebenbedingungen beschrieben werden. Ein einfaches Beispiel für das Wirken einer Zwangskraft ist eine Punktmasse (die drei Freiheitsgrade hat, wenn ihre Bewegung frei ist), deren Bewegungsmöglichkeit auf eine Fläche (zwei Freiheitsgrade) oder auf eine Kurve (ein Freiheitsgrad) beschränkt ist. Zwangskräfte stehen immer senkrecht auf der jeweiligen Bewegungsrichtung und leisten folglich keine Arbeit. Weil aber keine Bewegungen in Richtung der Zwangskräfte erfolgen, müssen diese nach dem Wechselwirkungsprinzip (newtonsche Axiome) notwendigerweise durch Kräfte kompensiert werden, die ihnen entgegengerichtet sind. Solche Kräfte werden, v. a. in der Technik, als Reaktionskräfte bezeichnet. Sie spielen eine wichtige Rolle z. B. bei der Beanspruchung von Lagern, in denen rotierende Achsen gelagert sind, oder der Beanspruchung von Radsätzen und Schienen bei der Führung der Eisenbahnfahrzeuge in den Gleisen.