Newtons Bewegungsgesetze

Sir Isaac Newtons drei Bewegungsgesetze beschreiben die Bewegung massiver Körper und wie sie zusammenwirken. Während Newtons Gesetze uns heute offensichtlich erscheinen mögen, wurden sie vor mehr als drei Jahrhunderten als revolutionär betrachtet.

Newton war einer der einflussreichsten Wissenschaftler aller Zeiten. Seine Ideen wurden zur Grundlage der modernen Physik. Er baute auf Ideen auf, die aus den Arbeiten früherer Wissenschaftler wie Galilei und Aristoteles hervorgingen, und war in der Lage, einige Ideen zu beweisen, die in der Vergangenheit nur Theorien gewesen waren. Er studierte Optik, Astronomie und Mathematik - er erfand die Infinitesimalrechnung. (Dem deutschen Mathematiker Gottfried Leibniz wird auch zugeschrieben, dass er ihn ungefähr zur gleichen Zeit selbst entwickelt hat.)

Newton ist vielleicht am besten für seine Arbeit im Studium der Schwerkraft und der Planetenbewegung bekannt. Unter dem Eindruck des Astronomen Edmond Halley, nachdem er zugegeben hatte, dass er einige Jahre zuvor seinen Nachweis elliptischer Bahnen verloren hatte, veröffentlichte Newton 1687 seine Gesetze in seinem bahnbrechenden Werk "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie) Beschreibung, wie sich massive Körper unter dem Einfluss äußerer Kräfte bewegen.

Bei der Formulierung seiner drei Gesetze vereinfachte Newton seine Behandlung massiver Körper, indem er sie als mathematische Punkte ohne Größe oder Rotation betrachtete. Dies erlaubte ihm, Faktoren wie Reibung, Luftwiderstand, Temperatur, Materialeigenschaften usw. zu ignorieren und sich auf Phänomene zu konzentrieren, die nur in Bezug auf Masse, Länge und Zeit beschrieben werden können. Folglich können die drei Gesetze nicht verwendet werden, um das Verhalten großer starrer oder verformbarer Objekte genau zu beschreiben; In vielen Fällen liefern sie jedoch geeignete Näherungswerte.

Newtons Gesetze betreffen die Bewegung massiver Körper in einem Trägheitsreferenzrahmen, manchmal genannt a Newtonischer Referenzrahmen, obwohl Newton selbst nie einen solchen Bezugsrahmen beschrieben hat. Ein Trägheitsreferenzrahmen kann als ein dreidimensionales Koordinatensystem beschrieben werden, das entweder stationär oder in gleichförmiger linearer Bewegung ist, d. H. Es beschleunigt oder rotiert nicht. Er fand heraus, dass Bewegung innerhalb eines solchen Trägheitsreferenzrahmens durch drei einfache Gesetze beschrieben werden kann.

Das erste Gesetz der Bewegung besagt: "Ein ruhender Körper wird in Ruhe bleiben, und ein Körper in Bewegung wird in Bewegung bleiben, wenn er nicht durch eine äußere Kraft beeinflusst wird." Das bedeutet einfach, dass die Dinge nicht von alleine beginnen, stoppen oder die Richtung ändern können. Es bedarf einer gewissen Kraft, die von außen auf sie wirkt, um eine solche Veränderung hervorzurufen. Diese Eigenschaft von massiven Körpern, Veränderungen in ihrem Bewegungszustand zu widerstehen, wird manchmal genannt Trägheit.

Das zweite Bewegungsgesetz beschreibt, was mit einem massiven Körper geschieht, wenn es von einer äußeren Kraft beeinflusst wird. Sie besagt: "Die auf ein Objekt einwirkende Kraft ist gleich der Masse dieses Objekts, mal seiner Beschleunigung." Dies ist in mathematischer Form als geschrieben F = mein, woher F ist Gewalt, m ist Masse und ein ist Beschleunigung. Die fett gedruckten Buchstaben zeigen an, dass Kraft und Beschleunigung sind Vektor Mengen, das heißt, sie haben sowohl Größe und Richtung. Die Kraft kann eine einzelne Kraft sein, oder sie kann die Vektorsumme von mehr als einer Kraft sein, welche die Nettokraft ist, nachdem alle Kräfte kombiniert sind.

Wenn eine konstante Kraft auf einen massiven Körper einwirkt, bewirkt er, daß er beschleunigt, d. H. Seine Geschwindigkeit mit einer konstanten Geschwindigkeit ändert. Im einfachsten Fall bewirkt eine auf ein ruhendes Objekt ausgeübte Kraft eine Beschleunigung in Richtung der Kraft. Wenn sich das Objekt jedoch bereits in Bewegung befindet oder wenn diese Situation von einem sich bewegenden Referenzrahmen aus betrachtet wird, scheint dieser Körper abhängig von der Richtung der Kraft und der Richtung, in die das Objekt und die Richtung verläuft, zu beschleunigen, zu verlangsamen oder die Richtung zu ändern Referenzrahmen bewegen sich relativ zueinander.

Das dritte Bewegungsgesetz besagt: "Für jede Handlung gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion." Dieses Gesetz beschreibt, was mit einem Körper geschieht, wenn er eine Kraft auf einen anderen Körper ausübt. Kräfte treten immer paarweise auf, wenn also ein Körper gegen einen anderen drückt, drückt der zweite Körper genauso hart zurück. Zum Beispiel, wenn Sie einen Wagen schieben, drückt der Wagen gegen Sie zurück; wenn du an einem Seil ziehst, zieht sich das Seil gegen dich zurück; wenn die Schwerkraft dich gegen den Boden zieht, stößt der Boden gegen deine Füße; und wenn eine Rakete ihren Treibstoff dahinter zündet, drückt das sich ausdehnende Abgas auf die Rakete, wodurch sie beschleunigt wird.

Wenn ein Objekt sehr viel massiver ist als das andere, insbesondere wenn das erste Objekt an der Erde verankert ist, wird praktisch die gesamte Beschleunigung auf das zweite Objekt übertragen, und die Beschleunigung des ersten Objekts kann sicher ignoriert werden . Zum Beispiel, wenn Sie einen Baseball in den Westen werfen würden, müssten Sie nicht berücksichtigen, dass Sie tatsächlich verursacht haben, dass sich die Rotation der Erde so leicht beschleunigt hat, während der Ball in der Luft war. Wenn Sie jedoch auf Rollschuhen stehen und eine Bowlingkugel nach vorne werfen, bewegen Sie sich mit einer spürbaren Geschwindigkeit rückwärts.

Die drei Gesetze wurden in den letzten drei Jahrhunderten durch unzählige Experimente bestätigt und sind bis heute weit verbreitet, um die Arten von Objekten und Geschwindigkeiten zu beschreiben, denen wir im täglichen Leben begegnen. Sie bilden die Grundlage dessen, was heute als bekannt ist klassische MechanikDies ist das Studium von massiven Objekten, die größer sind als die sehr kleinen Skalen, die von der Quantenmechanik angesprochen werden und die sich langsamer bewegen als die sehr hohen Geschwindigkeiten, die von der relativistischen Mechanik angesprochen werden.

Zusätzliche Ressourcen

Schau das Video: Newtonschen Axiome (Tr├Ągheitssatz, Aktionsprinzip, Reaktionsprinzip)

Lassen Sie Ihren Kommentar