Die Newton’schen Gesetze

1. Newton’sches Gesetz (Trägheitsprinzip)

Jeder Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder gleichförmig geradliniger Bewegung, solange keine Kraft auf ihn wirkt.


2. Newton’sches Gesetz (Aktionsprinzip)

Wirkt auf einen Körper eine Kraft, so wird er in Richtung der Kraft beschleunigt.

Die Beschleunigung ist der Kraft direkt, der Masse des Körpers umgekehrt proportional.  ( F = ma )


3. Newton’sches Gesetz (Reaktionsprinzip)

Besteht zwischen zwei Körpern A und B eine Kraftwirkung, so ist die Kraft, welche von A auf B ausgeübt wird, der Kraft , die B auf A ausübt entgegengesetzt gleich.

("Actio = Reactio")



Die Newton’schen Axiome treffen eine Aussage über den Bewegungszustand von Körpern in Abhängigkeit von einer äußeren Größe – die Kraft- und einer Eigenschaft des Körpers – die Masse.

Masse

Einheit der Masse: Kilogramm (kg)
(Das Kilogramm ist durch ein willkürliches Massennormal – einen Zylinder aus einer Platin-Iridium-Legierung - definiert)

Beispiele zu einigen Massen:

Körper / Teilchen

Masse / kg

Weltall

1052

Milchstraße

4,4.1041

Sonne

1,99.1030

Erde

6.1024

Mond

7,35.1022

Proton

1,672.10-27

Elektron

9,109.10-31

 

Man unterscheidet zwischen träger Masse und schwerer Masse:

 

Hörsaalexperimente zur Beobachtung Massenträgheit:

·       Wegziehen eines Tuches unter einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Glas:

Zieht man das Tischtuch schnell fort, so wirkt anstelle der Haftreibung nur noch die Gleitreibung. Diese ist nicht ausreichend, um während der kurzen Wechselwirkungszeit zwischen Tuch und Glas den Körper nennenswert zu beschleunigen.

·       Reißen eines Fadens

 

Wird am Handgriff so gezogen, dass die Belastung langsam erhöht wird, reißt der obere Faden, da dieser zusätzlich durch das Gewicht des Massestückes belastet wird.

 

Wird ruckartig gezogen, reißt der untere Faden. Die Masse „widersetzt“ sich ihrer Beschleunigung durch Ausübung einer Gegenkraft. Die kurze Beschleunigungsphase reicht nicht aus, um die Kraftwirkung auf den oberen Faden zu übertragen. Vorher reißt bereits der untere Faden.

 

 

 
Kraft

Die Einheit der Kraft wird mit Hilfe der Bewegungsgleichung der Mechanik

 

 

definiert:


1 kg m / s2 = 1 N (Newton)

Die Kraft  ist ein Vektor

reskraft.htm


Messung von Massen

a) Vergleich von Beschleunigungen verschiedener Massen durch gleiche Kräfte: (träge Masse)

Verschiedene Massen m1 und m2  werden mit der gleichen Kraft F beschleunigt:

b) Balkenwaage: Vergleich der Gewichtskräfte von zwei Massen (schwere Masse)


 
 

In beiden Fällen ist der Vergleich mit einem geeichten Massenormal erforderlich.

 

 

Messung von Kräften

Die Messung von Kräften kann erfolgen

·       durch Messung der Beschleunigung eines Körpers

·       durch Beobachtung der Verformung eines Körpers

 

Hörsaalexperiment: Dehnung einer Feder – Hooke’sches Gesetz

Beobachtung der Verformung eines Körpers.
Kraft F dehnt eine Feder
Für kleine Längenänderungen x beobachtet man Proportionalität zwischen der Längenänderung einer Feder und dem Betrag der angreifenden Kraft:

 



Die Proportionalitätskonstante D nennt man Federkonstante. Die Federkraft ist der angreifenden Kraft entgegengerichtet. Das Hooke’sche Gesetz beschreibt die Federkraft in Abhängigkeit von der Auslenkung, man erhält also:

Kraftmesser, die diesen Zusammenhang ausnutzen, heißen Federkraftmesser


hooke.html

 

federpendel.htm