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Das 1. Newton´sches Gesetz - das Trägheitsgesetz


Oft hören wir im Alltag "Masse ist träge", beispielsweise auch im Vergleich von verschiedenen "Sportwägen". Dabei soll ein leichter Sportwagen schneller "beschleunigen" können, als ein "schwerer" Sportwagen. Dies würde bedeuten, dass die Masse des Sportwagens Einfluß auf die Beschleunigung hat. Daher muss es ein physikalisches Phänomen geben (das wir später als "Trägheit" bezeichnen), dass der Änderung einer Bewegung entgegensteht.

Ausgangsüberlegungen

Wenn die Masse den Bewegungsvorgang eines Körpers beeinflusst, dann können wir das an einem Experiment nachvollziehen. Dazu nehmen wir zwei Modellwagen mit unterschiedlicher Masse (5 kg und 10 kg). Diese beiden Fahrzeuge werden nun mit der gleichen Kraft beschleunigt, hierzu verwenden wir eine Startvorrichtung, die immer die gleiche Kraft ausübt. Dabei messen wir jeweils nach 1,2,3,4 und 5 Sekunden die Geschwindigkeit der beiden Fahrzeuge und übertragen dies in ein Zeit-Geschwindigkeitsdiagramm.


Ergebnisse des Experimentes:

Wenn wir nun das Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm auswerten, so stellen wir fest, dass bei einer Zeit von 0 Sekunden beide Fahrzeuge die Geschwindigkeit Null aufweisen. Danach zeigt sich aber, dass zwei unterschiedliche Gerade in dem Diagramm vorhanden sind (mit unterschiedlicher Steigung). Ein Fahrzeug erreicht also schneller eine höhere Geschwindigkeit, als das andere Fahrzeug. Bei einer genauen Auswertung beider Fahrzeuge stellen wir fest, dass das Fahrzeug mit der kleineren Masse schneller an Geschwindigkeit zunimmt, als beim Fahrzeug mit der größeren Masse. 

Ergebnis: Obwohl wir in beiden Fällen die gleiche Kraft anwenden, hat das Fahrzeug mit der höheren Masse eine geringere Beschleunigung, als das Fahrzeug mit der kleineren Masse. Im Alltag begründen wir dies folgendermaßen: Ein Körper mit größerer Masse ist träger, als ein Körper mit kleinerer Masse. Die Masse eines Körpers bestimmt somit auch die Trägheit dieses Körpers.

Das Trägheitsgesetz

Aus diesen Überlegungen leitet sich nun das Trägheitsgesetz ab. Dieses lautet:

Der Bewegungszustand eines Körpers kann nur durch eine Kraft, die auf diesen Körper wirkt, geändert werden. Da diese Kraft von der Masse eines Körpers abhängig ist und die Masse der Änderung des Bewegungszustandes entgegen wirkt, sind alle Körper (aufgrund ihrer Masse) träge

Das 1. Newton´sche Gesetz (Trägheitssatz):

Aus dem Trägheitsgesetz ist klar, dass eine Änderung der Geschwindigkeit eines Körpers (nur) durch eine Einwirkung von Außen verursacht wird. Das erste Newton´sche Gesetz befasst sich mit der Frage, unter welchen Bedingungen ein Körper seine Geschwindigkeit beibehält. Aus den obig genannten Ausgangsüberlegungen lässt sich das 1. Newton´sche Gesetz ableiten:

Ein Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig weiter, wenn keine äußere Kraft auf den Körper wirkt.

Warum heißt dieses Gesetz auch Trägheitssatz?:

Die Eigenschaft jeder Materie ist es, im momentanen Bewegungszustand zu verharren. Diese Eigenschaft nennt man auch Trägheit. Da das 1. Newton´sche Gesetz genau dieses Phänomen beschreibt, nennt man dieses Gesetz auch Trägheitssatz.
 
 

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