Physik

Das zweite Newtonsche Bewegungsgesetz

Newtons zweites Gesetz, das ursprünglich in seinem bahnbrechenden Werk Philosophi Naturalis Principia Mathematica (Prinzipien der Naturphilosophie) veröffentlicht wurde, war das mittlere von dreien, die unser grundlegendes Verständnis des Universums veränderten, indem sie mathematisch erklärten, wie die Bewegung von Objekten funktioniert.

Das zweite Newtonsche Gesetz oder F=ma

Dieses Gesetz wird häufig durch die einfache Gleichung F=ma ausgedrückt, wobei F die Kraft (ein Vektor, der eine Richtung hat), m die Masse und a die Beschleunigung (ebenfalls ein Vektor) ist. Die Kraft, die auf ein Objekt wirkt, ist gleich seiner Masse multipliziert mit der Beschleunigung. Die Beschleunigung kann man sich leichter vorstellen, insbesondere bei Vektoren, als eine Änderung der Geschwindigkeit.

Das Zweite Newtonsche Gesetz ist sehr aussagekräftig und ein unverzichtbares Element im Werkzeugkasten eines jeden Physikers oder Ingenieurs. Es kann verwendet werden, um die Bewegung von mehr oder weniger allem in der klassischen Mechanik zu beschreiben, indem die Bewegung in eine Reihe von Geschwindigkeitsänderungen zerlegt wird.

Wenn man die Formel algebraisch umstellt, werden immer nur zwei der Größen benötigt, um die dritte zu berechnen.

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Es ist immer wichtig, bei der Anwendung dieses Gesetzes die Richtungen zu berücksichtigen. Nehmen wir das Beispiel eines Spielzeugautos, das auf einem Tisch geschoben wird. Das Auto hat eine Masse m und erfährt durch den Stoß eine Kraft F.

Bei dieser Art von Berechnung müssen jedoch alle Kräfte berücksichtigt werden: Das Auto erfährt auch eine Kraft, nennen wir sie X, die in die entgegengesetzte Richtung wirkt: die Reibung, die aus dem täglichen Leben bekannt ist.

Um die Beschleunigung des Wagens zu berechnen, muss man die Gleichung zunächst algebraisch umstellen, um die gewünschte Größe a zum Subjekt zu machen:

F = ma wird zu a = F / m

Setzen Sie nun die Gesamtkraft ein, die auf das Spielzeugauto einwirkt, auch Nettokraft genannt. Dies ist die Summe aller einwirkenden Kräfte unter Berücksichtigung ihrer Richtungen.

Für das Spielzeugauto ist dies X (die Reibungskraft) subtrahiert von F (der Schubkraft).

Algebraisch kann dies wie folgt ausgedrückt werden:

a = (F – X) / m

Der Vektor-Ansatz

Eine andere Möglichkeit, diese Berechnung durchzuführen, besteht darin, einen mehr mathematisch basierten Vektoransatz zu verwenden, indem man die Richtung des Stoßes als „positive“ Richtung ansieht, was bedeutet, dass die Nettokraft F plus -X ist, was mathematisch ohnehin F – X entspricht. Dies mag für einen einfachen Fall wie das Spielzeugauto als unnötige Zusatzarbeit erscheinen, ist aber eine wesentliche Methode für komplexere Probleme, bei denen viele Kräfte und Kraftkomponenten in mehreren Richtungen auf ein Objekt einwirken können.

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