Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 getötet schwer verletzt in Prozent mit Gurt (insgesamt 25.237) 6,1% 17,8% 11,5% 64,7% 0,7% 7,5% 8,7% 82,1% ohne Gurt (insgesamt 1.825) unbek. Verl. Grad leicht verletzt 31.1 Sicherheitsgurte, Kopfstützen und Airbags sowie spezielle Kindersitze reduzieren bei Autounfällen die Anzahl an Todesfällen und Schwerverletzten (Statistik Austria 2010). 31.2 Isaac Newton (1643–1727). Newton wurde ein Jahr nach Galileis Tod geboren. Er war Professor in Cambridge. Wir verdanken ihm u.a. den systematischen Aufbau der Me- chanik, wichtige Erkenntnisse auf dem Gebiet der Optik und die Grundlagen der Differential- und Integralrechnung. Jeder Körper beharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung, wenn er nicht durch einwirken- de Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern. Geschosse verharren in ihrer Bewegung, in- sofern sie nicht durch den Widerstand der Luft verzögert oder durch die Kraft der Schwere von ihrer Richtung abgelenkt wer- den. … Die großen Körper der Planeten und Kometen aber behalten ihre fortschreiten- de und kreisförmige Bewegung , in weniger widerstehenden Medien, lange Zeit bei. (Isaac Newton in Philosophiae naturalis principia mathematica , 1687) Trägheit Die Wirkungen des Trägheitsgesetzes kann man im Alltag oft beobachten. Wir sa- gen vereinfacht, die Körper sind träge, weil sie ihren Bewegungszustand beibehal- ten, solange keine äußere Einwirkung sie zwingt, diesen Zustand zu ändern: Eine Last kann von der Ladefläche eines LKW herunterfallen, wenn sich dieser in Be- wegung setzt. Beim Anfahren im Auto werden die Personen in die Sitze gedrückt, beim scharfen Bremsen nach vorne bewegt. Kräfte, die in beschleunigten Systemen auftreten, bezeichnet man als Trägheitskräfte (s. auch Zentrifugalkraft, S. 49). Untersuche, überlege, forsche: Trägheit 31.1 E 2 Lege einen Ball auf den Boden einer fahrenden U-Bahn (oder eines Zuges, eines Autos). Beobachte die Bewegungen des Balls. Ähnliche Beobachtungen kannst du machen, wenn du den Ball auf einen Labortisch mit Rollen legst und diesen bewegst. Interpretiere deine Beobachtung! 31.2 Befestige an einem Sack Kartoffel (ca. 2 kg) einen Zwirnsfaden. Hebe zuerst den Sack am Faden langsam hoch, hebe danach den Sack durch rasches Ziehen hoch! Im zweiten Fall kann es passieren, dass der Faden reißt. E 1 a) Wie erklärst du deine Beobachtung? S 1 b) Kannst du einen Zusammenhang herstellen zwischen deinen Beobachtun- gen und dem Abschleppen eines Autos mit Seil? Was sollte man dabei beachten? 31.3 S 1 Es ist gefährlich, von einem fahrenden Fahrzeug abzuspringen. Warum? 31.4 W 1 Was muss man beim Beladen von Fahrzeugen beachten? Was muss man be- achten, wenn man Handgepäck oder Koffer in Bussen oder Zügen in den Ge- päckablagen über den Sitzen verstaut? 1.2 Erstes und zweites Newton’sches Gesetz Auf Basis des Galilei´schen Trägheitsgesetzes definierte I SAAC N EWTON (1643–1727) ( 31.2 ) den physikalischen Begriff Kraft. Das erste Newton’sche Gesetz entspricht dem Trägheitsgesetz, das zweite Newton’sche Gesetz definiert die Kraft. Die Newton’schen Gesetze werden häufig auch als Axiome bezeichnet. Axiome sind nicht beweisbare Grundannahmen, auf denen eine Theorie aufgebaut wird. Für die Physik gilt, dass Gesetze, die aus Axiomen abgeleitet werden, experimentell über- prüft werden müssen und nicht miteinander in Widerspruch stehen dürfen. Die Definition der Kraft Im Alltag wird der Kraftbegriff ganz unterschiedlich verwendet. Du musst Kraft aufwenden, wenn du ein Gewicht hebst oder auch nur einfach in der Hand hältst, wenn du eine Spiralfeder dehnst oder einen Ball abbremst bzw. ihn beschleunigst. Kräfte können die Form eines Körpers verändern (wie im Fall der Feder) und sie können Körper beschleunigen (wie im Fall des Balls). In manchen Fällen ist die Wirkung der Kraft nicht unmittelbar erkennbar (etwa wenn du einen Koffer trägst). Newton konzentrierte sich bei der Definition der Kraft auf die Änderung der Ge- schwindigkeit . In der Newton’schen Definition besteht die Wirkung einer Kraft in einer Änderung des Geschwindigkeitsvektors, d. h. in einer Beschleunigung, einer Verzögerung oder einer Richtungsänderung eines Körpers. Im Laufe der Geschich- te zeigte sich, dass diese Definition ausreicht, um alle Phänomene, die auf physi- kalischen Kräften beruhen, zu erklären. Das erste Newton’sche Gesetz besagt, dass sich Körper ohne äußere Einwirkung geradlinig gleichförmig bewegen oder in Ruhe sind. 1. Newton’sches Gesetz Körper, auf die keine Kraft wirkt, bewegen sich geradlinig gleichförmig oder sind in Ruhe. Daraus folgt zwingend das zweite Newton’sche Gesetz, die Definition der Kraft: 31 | MECHANIK 1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv