Die Newton’schen Gesetze
1.
Newton’sches Gesetz (Trägheitsprinzip)
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Jeder Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder gleichförmig geradliniger Bewegung, solange keine Kraft auf ihn wirkt. |
2. Newton’sches
Gesetz (Aktionsprinzip)
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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)
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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:
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Körper / Teilchen |
Masse / kg |
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Weltall |
1052 |
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Milchstraße |
4,4.1041 |
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Sonne |
1,99.1030 |
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Erde |
6.1024 |
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Mond |
7,35.1022 |
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Proton |
1,672.10-27 |
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Elektron |
9,109.10-31 |
Man unterscheidet
zwischen träger Masse und schwerer Masse:
- Wirkt auf eine Masse eine
Gravitationskraft ( z.B. Gewichtskraft im Anziehungsbereich der Erde), so
ist diese Gewichtskraft auf die Eigenschaft „schwere Masse“ zurückzuführen.
- Die Beschleunigung, die eine Masse durch
eine beliebige Kraft erfährt, ist durch den Betrag der trägen Masse
definiert. Verschiedene Massen werden durch gleiche Kräfte verschieden
stark beschleunigt.
Hörsaalexperimente zur Beobachtung
Massenträgheit:
· Wegziehen eines Tuches unter
einem mit einer Flüssigkeit gefüllten Glas:
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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
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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
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