Die Newton’schen Gesetze

1. Newton’sches Gesetz (Trägheitsprinzip)

Jeder Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder gleichförmig geradliniger Bewegung, solange keine Kraft auf ihn wirkt.

 
2. Newton’sches Gesetz (Aktionsprinzip)

Wirkt auf einen Körper eine Kraft, so wird er in Richtung der Kraft beschleunigt. Die Beschleunigung ist der Kraft direkt, der Masse des Körpers umgekehrt proportional.

 
3. Newton’sches Gesetz (Reaktionsprinzip)

Besteht zwischen zwei Körpern A und B eine Kraftwirkung, so ist die Kraft, welche von A auf B ausgeübt wird, der Kraft , die B auf A ausübt entgegengesetzt gleich. ("Actio = Reactio")

 
In diesen Gesetzen treten zwei Größen auf, die wir bisher noch nicht erklärt haben: Kraft und Masse.
 

Masse

Einheit der Masse: Kilogramm (kg)
(Masse eines Massennormals: Zylinder aus Platin-Iridium-Legierung)

Beispiele zu einigen Massen:

Gesamtmasse des Weltalls		1052 kg
Sonne		2 1030 kg
Erde		0,6 1025 kg
Mensch		102 kg
Protein		2 10-24 kg
Proton		1,67 10-27 kg
Elektron		9,11 10-31 kg

Beobachtungen aus Experimenten:

• Auf eine Masse wirkt im Anziehungsbereich der Erde eine Kraft (Gewichtskraft) ("schwere Masse")
• Verschiedene Massen werden durch gleiche Kräfte verschieden stark beschleunigt ("träge Masse")

Unterlage wird schnell weggezogen	Massenstück bleibt liegen

Schnur reißt, wenn "ruckartig" angehoben wird???
???? Bild ????

 
Kraft

Kräfte sind Ursache für die

• Bewegungsänderung von Körpern
• Verformung von Körpern

Kraft ist ein Vektor

 
Messung von Massen

2 Experimente:

a) Vergleich von Beschleunigungen verschiedener Massen durch gleiche Kräfte: (träge Masse)

Massen m₁, m₂
F = m₁a₁ = m₂ a₂
m₁/m₂ = a₂/a₁

Verschiedene Massen m werden mit gleichen Kräften F beschleunigt

m_G            F = m_G g

 
b) Balkenwaage

Vergleich der Gewichtskräfte von zwei Massen (schwere Masse)

 
Genaue Experimente zeigen: Die Bestimmung der Massen mit Methoden nach a) und b) führen zum gleichen Ergebnis:
"Träge Masse" = "Schwere Masse"
 

Messung von Kräften

Beobachtung der Verformung eines Körpers.
Kraft F dehnt eine Feder
Für kleine Längenänderungen x beobachtet man:
 

(Hookesches Gesetz)  D : Federkonstante (Einheit: N/m)

 
Experiment zum Prinzip "Actio = Reactio" (3. Newton’sches Gesetz)

2 gleich große Massen werden mit einer zusammengedrückten Feder verbunden.
Nach dem Abstoßen haben sie gleiche Geschwindigkeit
 
 

Lösen der Verbindung

 

Zusammenfassend:

• Messung von Kräften mit Federn (Dynamometer)
• Messung von Massen mit Waagen (Balkenwaage, Federwaage)
• Messung von Beschleunigungen mit Maßstäben und Uhren

a) Starke Wechselwirkung (Zusammenhalt der Atomkern)
b) Elektromagnetische Wechselwirkung (Zusammenhalt der Atome, Moleküle, feste, flüssige Körper) (10³ mal schwächer als a))
c) Schwache Wechselwirkung (b -Zerfall, Neutrinoemission) (10¹¹ mal schwächer als b))
d) Gravitation (Schwerkraft)(10⁴⁰ mal schwächer als b))