Die Newtonschen Gesetze: Einführung

Hallo und herzlich willkommen zur Einführung in die geheimen Newtonschen Gesetze der Mechanik. Naja, so geheim sind sie nun auch nicht, sie stehen ja immerhin im Internet. Diese Gesetze sind so elegant wie mächtig, und fast die gesamte Mechanik beruht auf ihnen. In diesem Video werde ich dir alle Gesetze kurz vorstellen und diese dann in weiteren Videos weiter vertiefen. Also legen wir sofort mit dem Ersten Gesetz los. Es lautet: Ein Körper verharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung, sofern er nicht durch einwirkende Kräfte zur Änderung seines Zustands gezwungen wird. Dieses Gesetz wird auch das Trägheitsprinzip genannt. Denn mit anderen Worten sagt Newton: Ohne einwirkende Kräfte gilt: Ist der Körper in Ruhe, so bleibt er in Ruhe, ist der Körper in Bewegung, so bleibt er in Bewegung und behält seine Geschwindigkeit und Richtung bei. Das heißt, ein Körper möchte so bleiben, wie er ist. Deswegen heißt das Gesetz auch das Trägheitsprinzip. Ein Resultat dieses Naturgesetzes ist zum Beispiel die Fliehkraft. Diese Kraft kannst du selbst spüren, wenn du Karussell fährst, oder mit einem Auto oder dem Fahrrad schnell in eine Kurve fährst. Diese Kraft tritt auf, weil du eigentlich geradeaus weiter willst, aber von deiner Umgebung auf eine krumme Bahn gezwungen wirst. Hier ein Beispiel: Du hast ein Auto und eine Kiste. Weil du das Gesetz nicht kennst, denkst du, du kannst die Kiste einfach oben auf das Auto stellen, ohne sie zu befestigen. Was passiert? Genau. In der Kurve fällt die Kiste runter, weil sie träge ist und ihre Bewegung und ihre Richtung beibehalten will. Also können wir daraus entnehmen, dass die natürliche Bewegung aller Objekte die gleichförmige Bewegung ist. Beschleunigt oder abgelenkt wird ein Körper nur, wenn eine äußere Kraft auf ihn einwirkt. Ein Resultat dieses Naturgesetzes ist zum Beispiel die Fliehkraft. Das war das Erste Newtonsche Gesetz. Kommen wir nun zum Zweiten. Das Zweite Newtonische Gesetz lautet:  F = m × a, also die Kraft ist gleich die Masse mal die Beschleunigung. Man nennt es auch das Aktionsprinzip. Links stehen die Kräfte, die auf einen Körper wirken, und rechts steht, wie stark dieser Körper dann beschleunigt wird, mal die Masse des Körpers. Das sieht sehr einfach aus, hat aber mit Abstand die größten Anwendungsmöglichkeiten in der Mechanik. Zur Verdeutlichung schreiben wir es mal anders auf: a = F/m. Das bedeutet jetzt, falls ein Körper mithilfe einer Kraft gestört wird in seiner trägen, gleichförmigen Bewegung, ändert sich seine Geschwindigkeit. Wie ändert sie sich? Mit der Beschleunigung a. Diese Beschleunigung ist nichts anderes, als alle Kräfte, die auf den Körper einwirken, geteilt durch seine Masse. Das heißt, kennst du die Kräfte, kennst du mit dieser Gleichung auch die Beschleunigung. Wenn du die Beschleunigung und die Anfangsgeschwindigkeit weißt, weißt du auch die Geschwindigkeit zu jedem anderen Zeitpunkt. Wenn du die Geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt weißt, und de Anfangsort, weißt du auch den Ort zu jedem Zeitpunkt. Das heißt, mit dieser Gleichung kannst du die genaue Bewegung eines Körpers ausrechnen, solang du die Kräfte kennst und natürlich die dazugehörige Mathematik beherrschst. Genaueres zu diesem Gesetz wirst du auf jeden Fall noch von mir hören. Schauen wir uns zunächst das Dritte Newtonsche Gesetz an. Es lautet: F(A?B) = -F(B?A). Man nennt es auch das Reaktionsprinzip. Das bedeutet einfach nur: Wirkt eine Kraft von einem Körper A auf einen Körper B, so wirkt eine gleichgroße Kraft von Körper B auf Körper A, nur eben in die andere Richtung, das verdeutlicht das Minuszeichen. Ein Beispiel verdeutlicht das Gravitationsgesetz. Nach diesem Beispiel ziehst du die Erde genauso stark an, wie die Erde dich. Das stimmt auch soweit, aber warum fühlt sich das dann so an, als ob nur die Erde dich anzieht? Das liegt daran, dass du, wenn du von einem Stuhl springst, nach dem Zweiten Newtonschen Gesetz beschleunigt wirst, also mit a = F/m. Dabei steht jetzt deine Masse im Nenner. Die Erde wird nach dem gleichen Gesetz beschleunigt. Jetzt steht aber die Masse der Erde im Nenner, die ja, wie du weißt, viel viel schwerer ist als du. Deshalb wird die Erde praktisch nicht beschleunigt, aber du sehr viel. Trotzdem sind die Kräfte, die auf dich und die Erde wirken, vom Betrag her genau gleichgroß. Das war eine Einführung in die Newtonschen Gesetze. Präge sie dir gut ein, denn mit ihnen werden wir in weiteren Videos ein wenig arbeiten. Hier hast du noch mal die drei Newtonschen Gesetze zusammengefasst:  Das Erste Wenn keine Kraft auf den Körper wirkt, gilt Folgendes: Ist der Körper in Ruhe, bleibt er in Ruhe. Ist der Körper in Bewegung, bleibt er in Bewegung und hält Geschwindigkeit und Richtung bei. Das Zweite F = m × a. Die Kraft, die auf einen Körper wirkt, bestimmt dessen Beschleunigung. Das Dritte F(A?B) = -F(B?A). Wenn die Erde dich anzieht, ziehst du sie genauso stark an. Nur die unterschiedlichen Massen sorgen für unterschiedliches Verhalten. Also gut, damit bedanke ich mich fürs Zuhören und sage bis bald! Ciao, ciao!