Das 1. Newtonsches 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.


Das 1. Newtonsches Gesetz – das Trägheitsgesetz – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist das 1. Newtonsche Gesetz, auch bekannt als das Trägheitsgesetz?

Das 1. Newtonsche Gesetz, auch bekannt als das Trägheitsgesetz, besagt, dass ein Objekt entweder in Ruhe bleibt oder sich mit konstanter Geschwindigkeit entlang einer geraden Linie bewegt, es sei denn, eine äußere Kraft wirkt auf es ein.

2. Welche Kräfte wirken auf einen Körper, der durch das 1. Newtonsche Gesetz in Ruhe bleibt?

Bei einem Körper, der in Ruhe bleibt, wirken entweder keine Kräfte auf ihn ein oder die Summe aller Kräfte ist null.

3. Was bewirkt eine äußere Kraft auf einen Körper laut dem 1. Newtonschen Gesetz?

Eine äußere Kraft kann laut dem ersten Newtonschen Gesetz einen Körper bewirken, um seine Geschwindigkeit oder seine Bewegungsrichtung zu ändern.

4. Was bedeutet Trägheit in Bezug auf das 1. Newtonsche Gesetz?

Die Trägheit eines Körpers in Bezug auf das erste Newtonsche Gesetz bezieht sich auf die Tendenz eines Körpers, seinen aktuellen Zustand der Bewegung oder der Ruhe beizubehalten.

5. Was bedeutet es, wenn ein Körper eine konstante Geschwindigkeit hat?

Ein Körper hat eine konstante Geschwindigkeit, wenn er sowohl eine konstante Geschwindigkeit als auch eine konstante Bewegungsrichtung hat. Dieser Zustand ist auch als gleichförmige Bewegung bekannt.

6. Was ist das Verhältnis zwischen Masse und Trägheit?

Die Masse eines Objekts ist ein Maß für seine Trägheit. Je größer die Masse, desto größer die Trägheit oder der Widerstand gegen Veränderungen in der Bewegung

7. Wie wirkt sich Reibung auf das 1. Newtonsche Gesetz aus?

Beeinflusst durch Reibung, muss ein Körper eine extern anliegende weitere Kraft aufweisen um sich zu bewegen oder um seine konstante Geschwindigkeit zu halten.

8. Was lehrt uns das 1. Newtonsche Gesetz über den Bewegungszustand der Körper im Universum?

Das erste Newtonsche Gesetz lehrt uns, dass jedes Objekt im Universum entweder in einem Zustand der Ruhe oder in einem Zustand der gleichförmigen geradlinigen Bewegung bleibt, solange keine äußeren Kräfte einwirken.

9. Warum sehen wir in der Praxis selten Körper, die sich in einem Zustand der gleichförmigen Bewegung befinden, obwohl dies laut dem 1. Newtonschen Gesetz möglich ist?

Wir sehen selten Körper, die sich in einem Zustand der gleichförmigen Bewegung befinden, da meistens Reibungskräfte oder andere äußere Kräfte auf sie einwirken und ihren Bewegungszustand verändern.

10. Wie würde sich ein Körper in einem reibungsfreien Raum verhalten, basierend auf dem 1. Newtonschen Gesetz?

In einem reibungsfreien Raum würde ein Körper sich entweder in einer Zustand der Ruhe befinden oder sich mit einer konstanten Geschwindigkeit in einer geraden Linie bewegen. Sein Zustand würde sich erst ändern, wenn eine äußere Kraft auf ihn einwirkt.