Inhalt
- Ausgeglichene gegen unausgeglichene Kräfte
- Trägheit vs. Beschleunigung
- Unbedingter oder bedingter Zustand
- Beispiel
Isaac Newtons Bewegungsgesetze sind zum Rückgrat der klassischen Physik geworden. Diese Gesetze, die erstmals 1687 von Newton veröffentlicht wurden, beschreiben die Welt noch genau so, wie wir sie heute kennen. Sein erstes Bewegungsgesetz besagt, dass ein in Bewegung befindliches Objekt dazu neigt, in Bewegung zu bleiben, sofern nicht eine andere Kraft auf es einwirkt. Dieses Gesetz wird manchmal mit den Prinzipien seines zweiten Bewegungsgesetzes verwechselt, das das Verhältnis zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung festlegt. In diesen beiden Gesetzen diskutiert Newton jedoch separate Prinzipien, die, obwohl sie oft miteinander verflochten sind, dennoch zwei verschiedene Aspekte der Mechanik beschreiben.
Ausgeglichene gegen unausgeglichene Kräfte
Newtons erstes Gesetz befasst sich mit ausgeglichenen Kräften oder solchen, die sich in einem Gleichgewichtszustand befinden. Wenn zwei Kräfte ausgeglichen sind, heben sie sich gegenseitig auf und haben keinen Nettoeffekt auf das Objekt. Wenn Sie und Ihr Freund zum Beispiel beide mit gleicher Kraft an den gegenüberliegenden Enden eines Seils ziehen, bewegt sich die Mitte des Seils nicht. Deine gleichen, aber entgegengesetzten Kräfte heben sich auf. Newtons zweiter Hauptsatz beschreibt jedoch Objekte, die von unausgeglichenen Kräften oder Kräften, die sich nicht aufheben, betroffen sind. In diesem Fall gibt es eine Nettobewegung in Richtung der stärkeren Kraft.
Trägheit vs. Beschleunigung
Wenn nach Newtons erstem Gesetz alle Kräfte, die auf ein Objekt einwirken, ausgeglichen sind, bleibt dieses Objekt in dem Zustand, in dem es sich für immer befindet. Wenn es sich bewegt, bleibt es mit der gleichen Geschwindigkeit und in der gleichen Richtung in Bewegung. Wenn es sich nicht bewegt, wird es sich nie bewegen. Dies ist als Trägheitsgesetz bekannt. Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz wird das Objekt mit einer Geschwindigkeit beschleunigt, die durch die Gleichung F = ma beschrieben wird, wobei "F" der auf das Objekt wirkenden Nettokraft entspricht, wenn sich der Status quo ändert, so dass die auf das Objekt einwirkenden Kräfte aus dem Gleichgewicht geraten "m" entspricht seiner Masse und "a" entspricht der resultierenden Beschleunigung.
Unbedingter oder bedingter Zustand
Trägheit und Beschleunigung beschreiben unterschiedliche Eigenschaften des Objekts. Trägheit ist eine bedingungslose Eigenschaft, über die jedes Objekt jederzeit verfügt, unabhängig davon, was damit passiert. Ein Objekt beschleunigt jedoch nicht immer. Dies geschieht nur unter bestimmten Bedingungen. Daher können Sie die Beschleunigung als bedingten Zustand beschreiben. Die Beschleunigungsrate ist auch insofern bedingt, als sie von der Masse des Objekts und der Höhe der Nettokraft abhängt. Beispielsweise bewirkt eine Kraft von 1 Newton, die auf eine Kugel mit einem Gewicht von 1 g einwirkt, dass die Kugel nicht so stark beschleunigt wie eine Kraft von 2 Newton.
Beispiel
Inertia beschreibt, warum Personen in einem fahrenden Fahrzeug festgehalten werden müssen. Sollte das Auto plötzlich anhalten, bewegen sich die Insassen weiter vorwärts, es sei denn, ein Sicherheitsgurt übt eine entgegengesetzte Kraft aus. Die Beschleunigung beschreibt, warum das Auto plötzlich zum Stillstand kam. Da die Verzögerung eine negative Beschleunigung ist, unterliegt sie dem zweiten Gesetz. Als die Kraft, die sich der Vorwärtsbewegung der Autos widersetzte, größer wurde als diejenige, die ihre Bewegung vorantrieb, bremste das Auto, bis es anhielt.