| Typ | Konzept |
|---|---|
| Quellen | Quelle - Physik für Dummies |
| Erstellt | 2026-09-27 |
| Aktualisiert | 2026-09-27 |
| Tags | physik, mechanik, kraft, newton |
Die drei Grundgesetze der Mechanik von Isaac Newton (17. Jahrhundert): Trägheit, Kraft gleich Masse mal Beschleunigung, und zu jeder Kraft eine gleich grosse Gegenkraft. Sie gelten bei Alltagsgeschwindigkeiten ausgezeichnet.
Erstes Gesetz: Trägheit
„Ein Gegenstand behält seinen Bewegungszustand bei, er ruht oder bewegt sich gleichförmig geradlinig, solange keine äussere Kraft ihn zwingt, diesen Zustand zu ändern“ (Quelle - Physik für Dummies, Kap. 5).
- Ein Eishockey-Puck gleitet fast reibungsfrei geradeaus. Eine Kaffeetasse bleibt stehen, weil die Reibung als Kraft wirkt, nicht weil das Gesetz nicht gilt.
- Trägheit ist das Bestreben, den Bewegungszustand beizubehalten. Die Masse ist ihr Mass: Der gleiche Tritt beschleunigt ein Gummiboot stark und einen Öltanker kaum.
- Masse ist nicht Gewicht. Masse (kg) misst die Trägheit, Gewicht ist die Kraft (N), die eine Masse im Schwerefeld ausübt: F_G = m·g. Eine Bocciakugel mit 1 kg wiegt auf der Erde 9,8 N.
Zweites Gesetz: ΣF = m·a
„Die Summe aller Kräfte auf einen Gegenstand ist gleich seiner Masse mal seiner Beschleunigung.“
- Die resultierende Kraft ist die Vektorsumme aller Kräfte, zu finden mit einem Kräftediagramm (Vektor).
- Einheit: 1 N = 1 kg·m/s².
- Das erste Gesetz ist der Sonderfall ΣF = 0 ⇒ a = 0.
- Vorgehen für Aufgaben: Kräfte vektoriell addieren → a = ΣF/m → Weg oder Geschwindigkeit mit den Gleichungen der Kinematik.
- Beispiel: Ein Auto (1000 kg) soll in 10 s auf 100 km/h (28 m/s) kommen: a = 2,8 m/s², F = 2800 N. Mit Reibung braucht man real etwa 30 % mehr.
Drittes Gesetz: actio = reactio
„Übt ein Gegenstand eine Kraft auf einen anderen aus, so übt dieser eine gleich grosse, entgegengesetzte Kraft auf den ersten aus.“
- Der Reifen schiebt die Strasse nach hinten, die Strasse das Auto nach vorn. Auch die Erde wird beschleunigt, nur ist sie etwa 6 · 10²¹-mal schwerer als das Auto.
- Die beiden Kräfte wirken auf verschiedene Körper und heben sich deshalb nicht auf.
- Seil: Ein einfaches Seil überträgt die Zugkraft unverändert.
- Seilrolle: Sie kehrt die Richtung der Kraft um. Um eine Masse M zu halten, zieht man mit F = M·g nach unten, die Aufhängung muss dann 2F tragen. Stehen die Seilenden im rechten Winkel, trägt sie √2 · M·g unter 135° (Kap. 5).
Gleichgewicht
Ein Körper ist im mechanischen Gleichgewicht, wenn ΣF = 0 ist. Er kann dabei ruhen oder sich gleichförmig bewegen.
Beispiel Ladenschild (Kap. 5): Ein Schild mit 8 N Gewicht hängt an einem flach gespannten Draht. Weil nur die senkrechte Komponente F₁·sin θ das Gewicht trägt, muss der Draht 16 N aushalten und die waagrechte Stange 13,9 N. Je flacher der Draht, desto grösser die Kräfte.
Für Drehbewegungen kommt die Bedingung Στ = 0 dazu (Rotation).
Allgemeiner lautet das zweite Gesetz F = Δp/Δt, also Kraft gleich Änderung des Impulses pro Zeit. Die Form F = m·a gilt, wenn die Masse konstant bleibt, also nicht für Raketen, die Treibstoff ausstossen.
Grenzen
Die newtonschen Gesetze sind wie alle Physik ein Modell. Nahe der Lichtgeschwindigkeit versagen sie, dort gilt die Spezielle Relativitätstheorie (Kap. 5, 21).