1. Newtonsche Axiom – Trägheitsprinzip 06:20 min

Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle. Wir wollen uns heute aus dem Gebiet Mechanik mit dem 1. Newtonschen Axiom beschäftigen, das man auch oft das Trägheitsprinzip nennt. Wir lernen heute: 1. Was das 1. Newtonsche Axiom besagt

1. Welche Schlüsse ich damit ziehen kann?

2. Und was ich unter Trägheit eigentlich genau verstehen kann.

3. Das 1. Newtonschen Axiom besagt: Ein Körper bleibt in Ruhe, oder bewegt sich gleichförmig und geradlinig weiter, wenn keine Kräfte auf ihn wirken. Das heißt, so lange den Körper niemand zwingt seine Geschwindigkeit oder deren Richtung zu ändern, tut er das auch nicht. Deshalb nennt man dieses Gesetz auch das Trägheitsprinzip, weil es die Trägheit der Masse beschreibt. Stellt euch als Beispiel einmal einen Meteor in einer sehr einsamen Ecke des Universums vor. Es soll in einem weiten Umkreis des Meteors nichts existieren, sodass die Gewichtskraft =0 ist und wie wir wissen, ist das Weltall ziemlich leer. Das heißt, der Meteor erfährt auch keine Reibung, wenn er vorwärtsfliegt. Dann wirken auch keine Kräfte auf ihn und wir können schließen, dass die Geschwindigkeit konstant ist.

4. Was uns dieses Gesetz in ein wenig alltäglicheren Situationen bringt, das wollen wir im nächsten Kapitel ansehen. Wir haben gerade gehört, solange keine Kräfte wirken, ist die Geschwindigkeit konstant. Und da der Impuls, die Masse mal die Geschwindigkeit ist, ist auch der konstant. Falls ihr euch jetzt denkt, sehr praktisch auf alles was sich mit konstanter Geschwindigkeit bewegt, wirken also keine Kräfte, so einfach ist das nicht. Das 1. Newtonsche Axiom ist nämlich nicht umkehrbar. Und warum das so ist, will ich am Beispiel eines Fallschirmspringers, rechts seht ihr ein Bild, erklären. Ein Fallschirmspringer springt aus einem Flugzeug und wird durch die Gewichtskraft Fg beschleunigt, die in Richtung des Erdmittelpunkts wirkt.

Wenn sich nun der Fallschirm öffnet, wirkt der Schwerkraft eine Luftreibungskraft entgegen, die umso größer ist, je größer die Geschwindigkeit des Fallschirmspringers ist. Das heißt, der Fallschirmspringer fällt konstant mit der Geschwindigkeit v, bei der die Reibungskraft genauso groß ist, wie die Gewichtskraft. Wir können uns also merken: Bewegt sich ein Körper mit konstanter Geschwindigkeit, so wirken entweder keine Kräfte auf ihn, oder die auf ihn wirkenden Kräfte sind im Gleichgewicht. In unserem Beispiel ist die Reibungskraft also genauso groß wie die Gewichtskraft, da sie in die entgegengesetzte Richtung wirkt, hat sie allerdings ein anderes Vorzeichen. Das heißt, anders ausgedrückt, die Summe der Kräfte, also die Summe über alle Kräfte F ist = 0. Für alltäglichere Situationen werdet ihr den Fall des Kräftegleichgewichts viel öfter brauchen, als den Fall, dass keine Kräfte wirken. Denn auf der Erde wirkt immer mindestens die Schwerkraft. 3. Im letzten Kapitel wollen wir uns nun noch die Trägheit ein wenig genauer ansehen. Als Trägheit bezeichnet man die Eigenschaft einen Körper der Masse m, dass sich seine Geschwindigkeit und sein Impuls nicht ändern, solange keine Kraft auf ihn wirkt. Oder eben, um beim Beispiel von gerade eben zu bleiben: solange das Gleichgewicht der Kräfte nicht gestört wird. Je höher die Masse des Körpers ist, desto träger ist der Körper. Das heißt, desto schwerer ist es, seinen Bewegungszustand zu ändern. Wie dieser Zusammenhang genauer aussieht, das sehen wir uns im Video über das 2. Newtonsche Axiom an. Zuerst mal wollen wir aber folgendes Problem betrachten: Die Masse beschreibt also, wie träge ein Körper ist, damit beschreibt sie aber mehr als eine Eigenschaft des Körpers und das hat die Physiker eine Weile lang beschäftigt. Wie wir wissen bestimmt die Masse m die Größe der Gewichtskraft. Wir nennen das jetzt mal die schwere Masse. Nachdem was oben steht, bestimmt sie aber auch die Trägheit eines Körpers. Das nennt man die träge Masse. Man hat hier lange hin und her überlegt und es, jedenfalls in der klassischen Physik, nie zufriedenstellend erklären können. Aber durch zahlreiche Experimente wurde bestätigt: die schwere Masse entspricht der trägen Masse und beide haben den Wert von m. War man mit der Definition der Masse zu ungenau und müsste man sie eigentlich aufteilen, in 2 verschiedene Größen? Dies nennt man das Äquivalenzprinzip. Wir wollen noch einmal wiederholen, was wir heute gelernt haben: Das 1. Newtonsche Axiom besagt: Ein Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich gleichförmig und geradlinig weiter, solange keine Kräfte auf ihn wirken. Dieses Gesetz ist nicht umkehrbar. Mann kann aber sagen: ändern sich Geschwindigkeit und Impuls eines Körpers nicht, so wirken auf ihn keine Kräfte oder die wirkenden Kräfte sind im Gleichgewicht. Wir wissen je höher die Masse m, desto träger ein Körper. Man nennt dies auch die Trägheit der Masse. Das heißt, je größer m ist, desto stärker wehrt er sich gegen eine Änderung seines Bewegungszustandes. Und zum Schluss haben wir noch das Äquivalenzprinzip kennengelernt: träge Masse, ist gleich schwere Masse, ist gleich m. So das war es schon wieder für heute. Ich hoffe, ich konnte euch helfen. Vielen dank fürs Zuschauen und vielleicht bis zum nächsten Mal.