Das 2. Newtonsches Gesetz

Allgemein lassen sich Körper mithilfe mathematischer Gleichungen beschreiben, dabei stellt sich die Frage, wie ein Körper überhaupt in Bewegung kommt und wie sich die Geschwindigkeit ändert. Diese Fragen lassen sich mithilfe der Gesetze von Newton beantworten.

Ausgangsüberlegungen

Lässt man beispielsweise eine Kugel mit einer bestimmten Geschwindigkeit einen Abhang hinunterrollen, wird die Geschwindigkeit zunehmen, rollt diese Kugel aber den Abhang hinauf, so wird die Geschwindigkeit abnehmen. Bewegt sich die Kugel auf einer horizontalen Ebene, so behält die Kugel ihre Geschwindigkeit bei (sofern man von Reibungskräften absieht).
Im ersten Newton´sche Gesetz befassten wir uns mit der Frage, unter welchen Bedingungen ein Körper seine Geschwindigkeit beibehält. Ein Körper bleibt in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig weiter, wenn keine äußere Kraft auf den Körper wirkt.

Das 2. Newton´sche Gesetz

Im ersten Newton´schen Gesetz geht man davon aus, dass auf den Körper keine Kraft von außen wirkt (besser kein Zusammenhang auf einen Körper einwirkende Kraft und seiner Geschwindigkeit). Da aber auf (fast) jeden Körper eine Kraft von Außen wirkt, beschäftigt sich das 2. Newton´sche Gesetz mit dieser Fragestellung.
Untersuchen kann man das sehr gut an einer Kugel, die (durch die Gewichtskraft) nach unten fällt (Geschwindigkeit zu Beginn 0 und steigt während des Falles an).. F = m·g (m = Masse und g der sog. Ortsfaktor mit 9,81 N/Kg). Aus dieser Formel kann man schon einen Zusammenhang zwischen der beschleunigenden Kraft F, der beschleunigten Masse m und einer Beschleunigung a herleiten.

F = m·a (2. Newton´sches Gesetz)
Diese Formel stellt einen Zusammenhang der Kraft aus Masse und Beschleunigung dar. Formulieren könnte man das 2. Newton´sche Gesetz auch folgendermaßen:
Um einen Körper mit der Masse m die Beschleunigung a zu ermöglichen, benötigt man die Kraft F = m·a


Das 2. Newtonsches Gesetz – Testfragen/-aufgaben

1. Was beschreibt das 2. Newtonsche Gesetz?

Das 2. Newtonsche Gesetz, auch bekannt als das Gesetz der Bewegung, beschreibt, wie sich die Geschwindigkeit eines Objekts in Bezug auf die auf es ausgeübte Kraft ändert. Es besagt, dass die Beschleunigung eines Körpers direkt proportional zur auf ihn einwirkenden Kraft und umgekehrt proportional zu seiner Masse ist.

2. Wie lautet die Formel für das 2. Newtonsche Gesetz?

Die Formel für das 2. Newtonsche Gesetz lautet F = m*a, wobei F die auf das Objekt ausgeübte Kraft ist, m die Masse des Objekts und a dessen Beschleunigung.

3. Was geschieht mit einem Körper, wenn die auf ihn wirkende Kraft erhöht wird, während seine Masse konstant bleibt?

Wenn die auf einen Körper wirkende Kraft erhöht wird, während seine Masse konstant bleibt, wird seine Beschleunigung gemäß dem 2. Newtonschen Gesetz ebenfalls zunehmen.

4. Was wäre die Beschleunigung eines Körpers, wenn keine Kraft auf ihn wirkt?

Wenn keine Kraft auf einen Körper wirkt, wäre seine Beschleunigung nach dem 2. Newtonschen Gesetz null, da die Beschleunigung direkt proportional zur auf ihn wirkenden Kraft ist.

5. Wie ändert sich die Masse eines Körpers in Bezug auf seine Beschleunigung, wenn die auf ihn wirkende Kraft konstant bleibt?

Wenn die Kraft, die auf einen Körper wirkt, konstant bleibt, und seine Masse erhöht wird, dann nimmt nach dem 2. Newtonschen Gesetz seine Beschleunigung ab, und umgekehrt.

6. Was bedeutet es, wenn in der Gleichung F = m*a, a gleich null ist?

Wenn in der Gleichung F = m*a, a gleich Null ist, bedeutet dies, dass auf den Körper keine Kraft wirkt und er sich mit einer konstanten Geschwindigkeit oder in Ruhe befindet.

7. Wie kann das 2. Newtonsche Gesetz auf das Konzept der Gewichtskraft angewendet werden?

Das 2. Newtonsche Gesetz kann auf die Gewichtskraft angewendet werden, indem man die Beschleunigung durch die Erdanziehungskraft (g) ersetzt. Dies führt zur Formel F = m*g, welche die Gewichtskraft eines Körpers beschreibt.

8. Wie kann das 2. Newtonsche Gesetz zur Berechnung der notwendigen Kraft zum Anhalten eines fahrenden Autos verwendet werden?

Um die notwendige Kraft zu berechnen, um ein fahrendes Auto anzuhalten, kann man das 2. Newtonsche Gesetz verwenden, indem man die Masse des Autos und seine Beschleunigung (in diesem Fall eine negative Beschleunigung oder Verzögerung) in die Gleichung F = m*a einsetzt.

9. Wie ändert sich die Richtung der Beschleunigung, wenn die Richtung der einwirkenden Kraft geändert wird?

Wenn die Richtung der einwirkenden Kraft geändert wird, ändert sich auch die Richtung der Beschleunigung entsprechend. Dies liegt daran, dass die Beschleunigung in die gleiche Richtung wie die auf den Körper wirkende Kraft erfolgt.

10. Wie wird das 2. Newtonsche Gesetz im Zusammenhang mit kosmischen Bewegungsabläufen, zum Beispiel Satelliten die um die Erde kreisen, angewendet?

Das 2. Newtonsche Gesetz findet auch in kosmischen Kontexten Anwendung. Ein Satellit, der um die Erde kreist, erfährt eine ständige Beschleunigung in Richtung des Erdzentrums. Trotzdem bleibt seine Geschwindigkeit konstant, da die Richtung der Geschwindigkeit ständig durch die auf ihn wirkende Zentrifugalkraft geändert wird.