Inhalt
- Entwicklung der klassischen Physik
- Erstes Gesetz: Trägheit
- Zweiter Hauptsatz: Kraft und Beschleunigung
- Drittes Gesetz: Aktion und Reaktion
Hockey spielen, Auto fahren und sogar einfach spazieren gehen sind alltägliche Beispiele für Newtons Bewegungsgesetze. Die drei Hauptsätze wurden 1687 vom englischen Mathematiker Isaac Newton zusammengestellt und beschreiben Kräfte und Bewegungen für Objekte auf der Erde und im gesamten Universum.
Entwicklung der klassischen Physik
Philosophen haben die Bewegung von Gegenständen seit der Antike untersucht. Nachdem der griechische Philosoph Aristoteles und der spätere Ptolemäus die Bewegung von Sonne, Sternen und Planeten beobachtet hatten, glaubten sie, die Erde sei das Zentrum des Universums. Im Europa des 16. Jahrhunderts stellte der polnische Mathematiker Nicolas Copernicus diese Theorie in Frage und stellte die Sonne in den Mittelpunkt des Sonnensystems, um das Planeten kreisten. Der deutsche Physiker Johannes Kepler beschrieb im folgenden Jahrhundert die elliptischen Bahnen von Planeten, und der italienische Mathematiker und Astronom Galileo Galilei führte Experimente durch, um die Bewegungen von Projektilen zu untersuchen. Isaac Newton fasste diese Arbeit zu einer mathematischen Analyse zusammen und führte das Konzept der Kraft und seine drei Bewegungsgesetze ein.
Erstes Gesetz: Trägheit
Das erste Newtonsche Gesetz, auch Trägheitsgesetz genannt, besagt, dass ein Objekt in Ruhe bleibt oder sich in gleichmäßiger Bewegung befindet, es sei denn, es ist gezwungen, sich durch die Einwirkung einer äußeren Kraft zu ändern. Die Tendenz des Objekts, in Ruhe zu bleiben oder eine konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten, wird Trägheit genannt, und sein Widerstand gegen Abweichung von der Trägheit variiert mit seiner Masse. Es ist körperliche Anstrengung - eine Kraft - erforderlich, um die Trägheit zu überwinden, damit eine Person morgens aus dem Bett kommt. Ein Fahrrad oder Auto bleibt in Bewegung, es sei denn, der Fahrer oder Fahrer übt eine Reibungskraft durch die Bremsen aus, um es zu stoppen. Ein Fahrer oder Beifahrer in einem fahrenden Auto, der nicht angeschnallt ist, wird nach vorne geworfen, wenn das Auto plötzlich anhält, weil er in Bewegung bleibt. Ein angeschnallter Sicherheitsgurt wirkt rückhaltend auf die Bewegung des Beifahrers oder Fahrers.
Zweiter Hauptsatz: Kraft und Beschleunigung
Newtons zweiter Hauptsatz definiert die Beziehung zwischen der Änderung der Geschwindigkeit eines sich bewegenden Objekts - seiner Beschleunigung - und der Kraft, die auf ihn einwirkt. Diese Kraft entspricht der Masse des Objekts multipliziert mit seiner Beschleunigung. Es ist eine kleinere zusätzliche Kraft erforderlich, um eine kleine Yacht auf See anzutreiben, als um einen Supertanker anzutreiben, da dieser eine größere Masse als der erstere hat.
Drittes Gesetz: Aktion und Reaktion
Das dritte Newtonsche Gesetz besagt, dass es keine isolierten Kräfte gibt. Für jede existierende Kraft wirkt eine von gleicher Größe und entgegengesetzter Richtung dagegen: Aktion und Reaktion. Zum Beispiel übt ein auf den Boden geworfener Ball eine nach unten gerichtete Kraft aus; Als Reaktion darauf übt der Boden eine aufwärts gerichtete Kraft auf den Ball aus und er springt zurück. Eine Person kann ohne die Reibungskraft des Bodens nicht auf dem Boden gehen. Wenn er einen Schritt vorwärts macht, übt er eine Rückwärtskraft auf den Boden aus. Der Boden reagiert, indem er eine Reibungskraft in die entgegengesetzte Richtung ausübt, die es dem Fußgänger ermöglicht, sich vorwärts zu bewegen, während er mit seinem anderen Bein einen weiteren Schritt macht.