Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Newtons erstes Gesetz: Unausgewogene Kräfte und Bewegungen
- Newtons zweites Gesetz: Was ist Kraft?
Isaac Newton beschrieb die Zusammenhänge zwischen Kraft und Bewegung in seinen drei berühmten Gesetzen am besten, und das Erlernen dieser Zusammenhänge ist ein wesentlicher Bestandteil des Lernens der Physik. Sie sagen Ihnen, was passiert, wenn eine Kraft auf eine Masse ausgeübt wird, und definieren auch den Schlüsselbegriff der Kraft. Wenn Sie die Beziehung zwischen Kraft und Bewegung verstehen möchten, sind die ersten beiden Newtonschen Gesetze die wichtigsten, die zu berücksichtigen sind, und sie sind leicht in den Griff zu bekommen. Sie erklären, dass jeder Wechsel von Bewegung zu Nichtbewegung oder umgekehrt eine unausgeglichene Kraft erfordert und dass der Bewegungsbetrag proportional zur Größe der Kraft und umgekehrt proportional zur Masse des Objekts ist.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Wenn es keine Kraft gibt oder wenn die einzigen Kräfte perfekt ausbalanciert sind, bleibt ein Objekt entweder still oder bewegt sich mit genau der gleichen Geschwindigkeit weiter. Nur unausgeglichene Kräfte verursachen Änderungen der Geschwindigkeit eines Objekts, einschließlich der Änderung seiner Geschwindigkeit von null (d. H. Stationär) auf mehr als null (in Bewegung).
Newtons erstes Gesetz: Unausgewogene Kräfte und Bewegungen
Newtons erstes Gesetz besagt, dass ein Objekt entweder in Ruhe (nicht in Bewegung) oder mit genau derselben Geschwindigkeit und in genau derselben Richtung in Bewegung bleibt, es sei denn, es wird von einer „unausgeglichenen“ Kraft beaufschlagt. Einfacher ausgedrückt heißt es, dass sich etwas nur bewegt, wenn etwas anderes es drückt, und dass die Dinge nur anhalten, die Richtung ändern oder anfangen, sich schneller zu bewegen, wenn etwas es drückt.
Das Verständnis der Bedeutung von „unausgeglichener Gewalt“ verdeutlicht dieses Gesetz. Wenn zwei Kräfte auf ein Objekt einwirken, einer nach links und der andere nach rechts, wird es sich nur bewegen, wenn eine der Kräfte größer als die andere ist. Wenn sie genau die gleiche Stärke haben, bleibt das Objekt einfach dort, wo es ist.
Eine Möglichkeit, sich dies vorzustellen, besteht darin, sich eine Waage mit Gewichten auf beiden Seiten vorzustellen. Die Gewichte werden durch die Schwerkraft nach unten gezogen, und das einzige, was die Schwerkraft beeinflusst, ist, wie viel Masse vorhanden ist. Wenn Sie auf beiden Seiten die gleiche Masse haben, bleibt die Waage stehen. Die Waage bewegt sich nur, wenn Sie sie buchstäblich in Bezug auf die Masse aus dem Gleichgewicht bringen. Die Massendifferenz führt dazu, dass die Kräfte, die auf beide Seiten der Waage wirken, nicht ausgeglichen sind und sich die Waage bewegt.
Es ist schwieriger, sich konstante Bewegungen bei gleicher Geschwindigkeit vorzustellen, da dies im Alltag nicht der Fall ist. Überlegen Sie, was passieren würde, wenn Sie ein Spielzeugauto auf einer vollkommen glatten (reibungslosen) Oberfläche hätten und keine Luft im Raum wäre. Das Auto würde ruhig bleiben, wenn es nicht wie oben beschrieben geschoben wurde. Aber was passiert nach dem Push? Es gibt keine Reibung mit der Oberfläche, um sie zu verlangsamen, und keine Luft, um sie zu verlangsamen. Die Oberfläche gleicht die Schwerkraft aus (durch die sogenannte "normale Reaktion", die mit Newtons drittem Gesetz zusammenhängt), und es wirken keine Kräfte von links oder rechts auf sie ein. In dieser Situation würde das Auto mit der gleichen Geschwindigkeit über die Oberfläche fahren. Wenn die Oberfläche unendlich lang wäre, würde sich das Auto für immer mit dieser Geschwindigkeit fortbewegen.
Newtons zweites Gesetz: Was ist Kraft?
Newtons zweiter Hauptsatz definiert den Begriff der Kraft. Es besagt, dass die auf ein Objekt ausgeübte Kraft gleich seiner Masse multipliziert mit der Beschleunigung ist, die die Kraft verursacht. In Symbolen ist dies:
F = ma
Die Einheit der Kraft ist der Newton, um die Person anzuerkennen, die ihn definiert hat. Dies ist eine Kurzform, um Kilogrammmeter pro Sekunde im Quadrat (kg m / s) zu sagen2). Wenn Sie eine Masse von 1 kg haben und diese jede Sekunde um 1 m / s beschleunigen möchten, müssen Sie eine Kraft von 1 N aufbringen.
Die folgende Schreibweise des Newtonschen Gesetzes hilft, den Zusammenhang zwischen Kraft und Bewegung zu verdeutlichen:
a = F ÷ m
Die Beschleunigung auf der linken Seite zeigt an, wie viel sich etwas bewegt. Die rechte Seite zeigt, dass eine größere Kraft zu mehr Bewegung führt, wenn die Masse des Objekts gleich ist. Wenn eine bestimmte Kraft angewendet wird, zeigt diese Gleichung auch, dass der Betrag der Beschleunigung von der Masse abhängt, die Sie zu bewegen versuchen. Ein größeres, schwereres Objekt bewegt sich weniger als ein kleineres, leichteres Objekt, das dem gleichen Druck ausgesetzt ist. Wenn Sie einen Fußball treten, bewegt sich dieser viel mehr als wenn Sie einen Bowlingball mit der gleichen Stärke treten.