Das Trägheitsgesetz, erstes Newtonsches Axiom
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Masse und Kraft Masse: elementare Eigenschaft eines jeden Körpers Kraft: vermittelt die „Wirklichkeit“ 1. Kraft und träge Masse Inhalt • • • • Eigenschaften der Masse Die drei Newtonschen Axiome Die Kraft Die „träge“ Masse Eigenschaften der Masse 1. Die Beschleunigung von Massen erfordert Kraft: Aussage der Newtonschen Axiome (Definition der „Kraft“) 2. Massen ziehen sich gegenseitig an: Gravitationsgesetz 2 3. Masse ist zu Energie äquivalent: E m c Galilei, Newton, Einstein Galileo Galilei, 15.2.1565-8.1.1642 Mathematiker, Philosoph und Physiker Sir Isaac Newton, 4.1. 1643-31.3.1727 Mathematiker, Physiker und Astronom (Heliozentrisches Planetensystem; Periode des Pendels, Bewegung beim Fall, mathematische Formulierung) (Newtonsche Axiome, Bewegungsgleichung, Gravitationsgesetz, Himmelsmechanik, Licht Brechung: Farbenlehre) Albert Einstein, 14.3.1879-18.4.1955 Physiker (Theorie) (Äquivalenz von Masse und Energie, Beziehung zwischen Raum und Zeit: Relativitätstheorie, Lichtquanten-Hypothese zur Deutung des Photoeffekts) Das Trägheitsgesetz: erstes Newtonsches Axiom Das Trägheitsgesetz: erstes Newtonsches Axiom „Alle Körper verharren im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen, geradlinigen Bewegung, wenn keine äußeren Einflüsse vorhanden sind.“ Kräfte Gleichförmige, geradlinige Bewegung = Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit Versuch • Tanz der Dose auf der Luft-Fläche Das Kraftgesetz: zweites Newtonsches Axiom • „Wirkt auf einen frei beweglichen Körper eine Kraft , so bewegt sich der Körper mit der Beschleunigung , die proportional zur wirkenden Kraft ist.“ Das Kraftgesetz: zweites Newtonsches Axiom • „Wirkt auf einen frei beweglichen Körper eine Kraft , so bewegt sich der Körper mit der Beschleunigung , die proportional zur wirkenden Kraft ist.“ Kraft und Gegenkraft: drittes Newtonsches Axiom F2 auf 1 F1 auf 2 • „Die reale Kraft, die auf einen Körper wirkt, hat ihren Ursprung im Vorhandensein eines anderen Körpers. • Üben zwei Körper aufeinander Kräfte aus, so ist die Kraft vom ersten auf den zweiten Körper im Betrag gleich groß der Kraft vom zweiten Körper auf den ersten. Die Kräfte haben jedoch entgegengesetzte Richtung.“ Kraft und Gegenkraft bei beschleunigter Bewegung • Die Gegenkraft als „Trägheitskraft“ bezeichnet man Definition der Kraft: F m a m a Einheit 1N 1 kg 1 m/s2 Kraft ist das Produkt: Masse mal Beschleunigung Masse Beschleunigung m kg • Die SI Einheit der Kraft ist „1 Newton“ 1 N 1 2 s • Die Kraft ist eine Vektorgröße und zeigt in Richtung der Beschleunigung Versuch • Beschleunigte Fahrt des Wagens auf der Luftkissenfahrbahn • Kraft zur Änderung der Bewegungsrichtung Kräftefrei Kraft wirkt Kraft und Beschleunigung auf der Kreisbahn Vektoren für Ort, Geschwindigkeit, Beschleunigung und Kraft Beträge der Vektoren auf der Kreisbahn s r 1m Ort s r 1 m/s Geschwindigkeit s r 2 1 m/s2 Beschleunigung 2 F m s m r 1N Zentrifugalkraft Zusammenfassung • Masse: elementare Eigenschaft eines jeden Körpers • Kraft: vermittelt die „Wirklichkeit“ • Die Kraft ist proportional zur Beschleunigung: – Proportionalitätskonstante ist die Masse – Aussage der Newtonschen Axiome, dient der Definition der Kraft • Ort der Masse ist der „Schwerpunkt“ – unabhängig von der Form des Körpers – Beschreibung von Drehungen erfordert Information zur Form des Körpers • Beschleunigung auf Kreisbahnen führt zur Zentrifugalkraft Finis
