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Die Newton’schen Gesetze: Kraft, Bewegung & Trägheit | STARK erklärt
Das Wichtigste aus dem Video
Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.
Transkriptautomatisch erstellt · 51 Zeilen
- Schon mal überlegt, was Kraft bedeutet? Na klar, man schluckt ein bisschen Zaubertrank oder hebt fleißig Gewichte und schon hat man Kraft im Überfluss. Also gilt viele Muckis,
- ist gleich viel Kraft. Nicht ganz und schon gar nicht in der Physik. Physikalische Körper, also alle Dinge, die eine Masse besitzen, haben keine Kraft. Eine physikalische Kraft ist keine
- Substanz, die ein Körper besitzt und mit sich führt. Viel mehr übt ein Körper wechselseitig eine Kraft auf einen anderen Körper aus. Zu einer Krafteinwirkung gehören also immer
- zwei Körper. Man bezeichnet daher Kräfte in der Physik auch gerne als Wechselwirkungen. Das Ergebnis einer solchen Wechselwirkung ist entweder eine Verformung der Körper, wenn z.B.
- eine Hand ein Stück Plastillin formt oder aber eine Änderung ihres Bewegungszustands, wenn z.B. ein Apfel auf die Erde fällt. Diese zweite Möglichkeit
- der Kraftwirkung schauen wir uns in diesem Video genauer an. [Musik]
- Das ist Paul. Paul schiebt gerne Kisten. Wenn Paul mit konstanter Kraft von, sagen wir, rund 200 Newton gegen die linke Kistenwand drückt, ein Newton ist die physikalische Einheit der Kraft,
- setzt sich die Kiste in Bewegung und wird immer schneller. Man sieht das gut an dem Tachometer links oben, das den momentanen Betrag der Geschwindigkeit kurz das Tempo der Kiste anzeigt.
- Lässt Paul nach Erreichen eines bestimmten Tempos los, hier bei der dritten Tachometermarke wird die Kiste langsamer und kommt zum Stillstand. Merke dir diesen Haltepunkt mit Blick auf später am
- besten so: Paul steht rechts vom Kühlschrank. Wie sich die Kiste hier verhält, wird dich nicht überraschen. Körper bleiben nicht dauernd in Bewegung, sondern kommen irgendwann zur Ruhe. Ist
- doch klar. Lassen wir Paul weiter Kisten schieben, aber ändern wir die Bedingungen ein wenig ab. Wenn Paul beispielsweise mit der gleichen Kraft, aber über eine längere Zeit die Kiste anschiebt,
- dann ist das Endtempo der Kiste größer. Lässt er z.B. erst bei Erreichen der vierten Tachometer Marke los, wird die Kiste natürlich wie vorhin wieder langsamer. Sie braucht aber länger bis
- zum Stillstand und legt dabei einen weiteren Weg zurück. Paul steht jetzt links vom Kühlschrank. Immer noch nicht überrascht. Abwarten. Paul schiebt jetzt die Kiste auf dasselbe Endtempo,
- aber mit doppelter Kraft. Ergebnis: Das Endtempo wird zwar schneller erreicht, aber nach dem Loslassen kommt die Kiste nach der gleichen Zeit und am gleichen Ort zum Stehen wie im vorigen
- Versuch. Das ist jetzt schon interessanter, aber es geht noch weiter. Paul schiebt jetzt zwei Kisten an und beschleunigt sie auf das gleiche Endtempo wie vorhin. Das dauert erwartungsgemäß
- länger als vorhin, weil er ja jetzt die doppelte Masse schieben muss. Nach dem Loslassen kommt die Kiste aber wieder nach der gleichen Zeit und am gleichen Ort zum Stehen wie vorhin. Hast du das
- auch erwartet? Zeit für ein erstes Zwischenfazit. Halten wir als Folgerungen aus unserer ersten Versuchsreihe fest. Solange eine genügend große Kraft auf die Kiste wirkt, ändert sich ihr Tempo.
- Je größer die Kraft bei gleicher Masse ist, desto schneller erreicht man ein bestimmtes Tempo. Je größer die Masse bei gleicher Kraft ist, desto langsamer erreicht man ein bestimmtes Tempo.
- Die Zeit vom Loslassen bis zum Stillstand hängt vom erreichten Endtempo der Kiste ab, nicht aber von der Kistenmasse. Aber warum bremst die Kiste überhaupt ab? Aufgrund unserer ersten Folgerung
- Kraft ändert Tempo liegt der Schluss nahe, dass nach dem Loslassen eine weitere Kraft wirken muss und zwar entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung. Woher kommt diese Kraft? Sicher ist nicht von
- Paul. Bleibt nur der Boden, mit dem die Kiste in Kontakt steht. Und tatsächlich, wenn man genauer hinschaut, erkennt man, dass die Bodenoberfläche rau ist. Offenbar müssen wir uns die Reibung
- zwischen Kiste und Boden genauer anschauen. Wir starten also eine neue Versuchsreihe. Dazu stellen wir per Schieberegler einen recht großen Reibwert ein. Der Bodenbelag wird ersichtlich rauer. Paul
- schiebt eine einzelne Kiste auf das gleiche Endtempo wie vorhin und lässt los. Die Kiste bremst jetzt schneller ab und kommt früher zum Stillstand. Paul steht rechts vom Kühlschrank.
- Lassen wir Paul nun noch einmal schieben, stellen vorher aber einen geringen Reibwert ein. Ergebnis: Die Kiste bremst jetzt langsamer ab und kommt später zum
- Stillstand. Paul steht noch weiter links vom Kühlschrank als in der ersten Versuchsreihe. Tatsächlich wird also durch den Kontakt der Kiste mit dem Boden eine Reibungskraft erzeugt,
- die entgegen der Bewegungsrichtung der Kiste wirkt. Und unsere Feststellung zur Bremszeit aus der ersten Versuchsreihe können wir jetzt präziser fassen. Die Bremszeit hängt
- vom erreichten Endtempo der Kiste und vom Reibwert des Bodenbelags ab, aber immer noch nicht von der Kistenmasse. Was passiert im Extremfall, dass die Reibung ganz klein wird oder sogar verschwindet?
- Paul zeigt's uns. Wenn er seine Kiste auf vereistem Boden mit Reibwert null wie üblich anschiebt und dann loslässt, bewegt sie sich mit konstantem Tempo weiter. Stoppen kann Paul
- die Kiste nur noch dadurch, dass er selbst Hand anlegt und in entgegengesetzte Richtung schiebt. Wir halten wieder fest, für das Bewegungsverhalten entscheidend ist das Zusammenspiel der Kräfte,
- die an die Kiste angreifen. Oder mathematisch gesprochen, die Kraftsumme. Das wird besonders deutlich, wenn wir uns während Paul schiebt die wirkenden Kräfte als Pfeile anzeigen lassen. Ein
- solcher Pfeil zeigt nicht nur die Richtung der Kraft, sondern durch seine Länge auch die Größe des Kraftbetrags an. Im Fall ohne Reibung gilt. Je stärker die Kraft, je länger also der Pfeil,
- desto schneller nimmt das Tempo zu, desto schneller erreicht Paul das Endtempo. Nach dem Loslassen wirkt keine Kraft, das Tempo bleibt konstant. Im Fall Mittreibung gilt zu Pauls Kraft
- nach rechts, orangefarbener Pfeil, kommt nun die konstante Reibungskraft nach links dazu, roter Pfeil. Wenn die Kraft nach rechts größer ist als die Kraft nach links,
- beschleunigt die Kiste. Nach dem Loslassen wirkt nur noch die Reibungskraft. Diese bremst die Kiste bis zum Stillstand ab. Wenn wir uns im Fall mit Reibung zusätzlich noch die Kräftesumme
- als grünen Pfeil anzeigen lassen, wird klar, dass es auf diese Summe ankommt. Sie bestimmt, ob, in welche Richtung und wie stark sich das Tempo der Kiste ändert. oder ausgedrückt
- in der Physikersprache, die resultierende Kraft bestimmt die Beschleunigung, also die Änderung des Geschwindigkeitsvektors der Kiste. Zwei Sachen musst du dir zur resultierenden Kraft
- unbedingt merken. Die Richtung der Kraft ist nicht automatisch gleich der Bewegungsrichtung. Das siehst du hier am Beispiel der Bremskraft. Wenn die resultierende Kraft null ist,
- kann das bedeuten, dass gar keine Kraft am Körper angreift. Okay, Paul, es reicht. Es kann aber auch bedeuten, dass alle angreifenden Kräfte sich gegenseitig in
- ihrer Wirkung aufheben. Paul, jetzt mit Gefühl. In jedem Fall folgt. Der Körper bewegt sich mit in Betrag und Richtung konstanter Geschwindigkeit oder er bleibt in Ruhe.
- Der englische Mathematiker und Physiker, Sir Isaac Newton hat das alles schon vor über 300 Jahren erkannt und das Bewegungsverhalten eines Körpers unter dem Einfluss einer Kraft in Form
- zweier Gesetze geschrieben. Erstes Newtonsches Gesetz: Jeder Körper behält seine Geschwindigkeit in Betrag und Richtung bei, wenn die Summe aller von außen an ihm angreifenden Kräfte
- null ist. Zweites Newton´sches Gesetz wirkt auf einen starren Körper eine resultierende Kraft. f ein. So erfährt er eine Beschleunigung A, deren Betrag von der Größe der Körpermasse m abhängt.
- Es gilt a = F/m. Man nennt diese Gleichung des zweiten Newton´schen Gesetzes auch Grundgleichung der Mechanik, weil sich damit in vielen Fällen das Bewegungsverhalten von Körpern vorhersagen lässt,
- indem man ihre Bahnkurven berechnet. Die Masse eines Körpers ist dabei ein Maß dafür, wie sehr sich der Körper einer Änderung seines Bewegungszustands widersetzt,
- also ein Maß für seine Trägheit. Daher bezeichnet man das erste newtonsche Gesetz, indem sich diese Trägheitseigenschaft in besonderer Weise ausdrückt, auch als Trägheitsgesetz. Na,
- mit deiner Kraft am Ende? Keine Sorge, du hast es gleich geschafft. Lass uns nur noch einmal die wichtigsten Fakten zur physikalischen Kraft zusammenfassen. Erstens, die physikalische
- Größe Kraft beschreibt eine Wechselwirkung zwischen zwei Körpern. Eine Kraft besitzt einen Betrag und eine Richtung und ist daher ein Vektor. Zweitens, eine Kraft kann einen Körper
- verformen und oder seinen Bewegungszustand ändern. Drittens, ein kräftefreier Körper bewegt sich mit konstantem Geschwindigkeitsvektor oder bleibt in Ruhe. Das ist das erste Newton´sche Gesetz
- oder Trägheitsgesetz. Viertens, wirkt auf einen starren Körper eine Kraft, so ändert sich sein Geschwindigkeitsvektor. Das heißt, der Körper wird beschleunigt. Er ändert seine Bewegungsrichtung
- oder sein Tempo oder beides. Fünftens, der Betrag A der Beschleunigung hängt von der Masse M des Körpers ab. Bei Einwirkung der gleichen resultierenden Kraft f umso größer, je kleiner
- M ist. a = F / m. Das ist das zweite Newton´sche Gesetz mit der Grundgleichung der Mechanik.
Zum Nachlesen
Newtonsche GesetzeZweites Newtonsches Gesetz · „Die Änderung der Bewegung ist der Einwirkung der bewegenden Kraft proportional und geschieht nach der Richtung derjenigen geraden …
KraftKräfte haben verschiedene Ursachen oder Wirkungen und werden teilweise nach ihnen benannt, etwa die Reibungskraft, die Zentripetalkraft und die Gewichtskraft.
BewegungszustandDie gleichförmige Bewegung ist ein Beispiel für eine Bewegung, bei der der Bewegungszustand unverändert bleibt. Dagegen wird bei einer gleichförmigen …
Actio und ReactioZwangskraft und Actio bilden ein Kräftegleichgewicht (am gleichen Körper). Actio und Reactio bilden dagegen das in diesem Artikel beschriebene …