Zusammenfassung Kapitel 4: Kräfte • Newtonsche Mechanik. Die

Institut für Physik und Physikalische Technologien WS 2003/04
29. Okt. 2003
Zusammenfassung Kapitel 4: Kräfte
•
Newtonsche Mechanik. Die Geschwindigkeit eines Körpers ändert sich aufgrund der auf
den Körper wirkenden Kräfte. Die newtonsche Mechanik verbindet die entsprechenden
Größen Beschleunigung und Kraft. Kräfte und Beschleunigungen sind Vektorgrößen; die
Richtung der Kraft zeigt in die Richtung der Beschleunigung, die sie erzeugt.
Entscheidend ist immer die auf einen Körper wirkende Gesamtkraft oder resultierende
Kraft, also die Vektorsumme aller Kräfte, die auf den Körper wirken.
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Träge Masse. Die Masse eines Körpers ist die charakteristische Eigenschaft des Körpers,
welche einer Beschleunigung des Körpers durch eine Kraft entgegenwirkt.
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Impuls. Der Impuls p eines Körpers ist das Produkt aus seiner Geschwindigkeit v und
seiner Masse m:
p = mv .
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Erstes newtonsches Gesetz (Trägheitsprinzip). Ein Körper, auf den keine äußere Kraft
wirkt, verändert seinen Impuls nicht:
F =0
p = const.
Für den Fall einer zeitlich konstanten Masse m bedeutet dies, dass der Körper sich bei
Fehlen äußerer Kräfte mit konstanter Geschwindigkeit bewegt.
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Zweites newtonsches Gesetz (Aktionsprinzip). Die gesamte äußere Kraft Fges , die auf
einen Körper der Masse m wirkt, ist gleich der zeitlichen Änderung seines Impulses
Fges =
dp
dt
Integriert man die obige Gleichung, so sieht man, dass eine Kraft nur dann eine Wirkung
bzw. einen Impulsübertrag erzielt, wenn ihr hierfür hinreichend Zeit bleibt.
Für den Fall einer zeitlich konstanten Masse m folgt die Grundgleichung der Mechanik
Fges =
d (m v )
dv
=m
= ma
dt
dt
mit der Beschleunigung a des Körpers.
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Drittes newtonsches Gesetz (Actio = Reactio). Wirkt eine durch den Körper 1
hervorgerufene Kraft F12 auf den Körper 2, dann existiert immer auch ein entgegengesetzt
gerichtete Kraft F21 , mit der der Körper 2 auf den Körper 1 wirkt:
F12 = − F21 .
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Die newtonschen Gesetze gelten nur in Inertialsystemen. Dies sind alle Bezugssysteme,
die nicht beschleunigt werden, d.h. zum Beispiel Systeme, in denen die Erdrotation
vernachlässigt werden kann.
Zusammenfassung Physik Kap. 5
06.01.04
Institut für Physik und Physikalische Technologien WS 2003/04
29. Okt. 2003
• Reibung. Wird ein Körper durch eine Kraft F entlang einer Oberfläche bewegt oder
beschleunigt, so wirkt parallel zur Oberfläche eine der Bewegung entgegen gesetzte
Reibungskraft auf den Körper. Die Ursache hierfür ist die Haftwirkung zwischen Körper
und Oberfläche. Wenn der Körper nicht bewegt wird sondern in Ruhe ist, so ist die
Reibungskraft statisch und es wirkt die Haftreibungskraft FH . Bewegt sich der Körper,
so ist die Reibungskraft dynamisch und es wirkt die Gleitreibungskraft FG .
Befindet sich der Körper in Ruhe, dann besitzen die Haftreibungskraft FH und die
Komponente der beschleunigenden Kraft F , die parallel zur Oberfläche verläuft, den
gleichen Betrag und FH wirkt dieser Komponente entgegen. Erhöht sich die parallele
Komponente von F , so nimmt auch der Wert von FH zu.
Der Betrag von FH besitzt den Maximalwert
FH = µ H FN .
Hier ist µ H der statische Reibungskoeffizient oder Haftreibungskoeffizient und FN der
Betrag der Kraft F senkrecht zur Oberfläche. Ist die parallel zur Oberfläche wirkende
Komponente von F größer als FH , so gerät der Körper auf der Oberfläche ins gleiten.
Beginnt der Körper auf der Oberfläche zu gleiten, so sinkt der Betrag der Reibungskraft
auf den konstanten Wert der Gleitreibungskraft
FG = µG FN .
Hier ist µG der kinetische Reibungskoeffizient oder Gleitreibungskoeffizient.
Zusammenfassung Physik Kap. 5
06.01.04