Trägheit Die Wirkungen des Trägheitsgesetzes kann man im Alltag oft beobachten. Wir sagen vereinfacht, die Körper sind träge, weil sie ihren Bewegungszustand beibehalten, solange keine äußere Einwirkung sie zwingt, diesen Zustand zu ändern: Eine Last kann von der Ladefläche eines LKW herunterfallen, wenn sich dieser in Bewegung setzt. Beim Anfahren im Auto werden die Personen in die Sitze gedrückt, beim scharfen Bremsen nach vorne bewegt (37.1). Kräfte, die in beschleunigten Systemen auftreten, bezeichnet man als Trägheitskräfte (siehe auch Zentrifugalkraft, S. 59). Untersuche, überlege, forsche: Trägheit 37.1 E3 Lege einen Ball auf den Boden einer fahrenden U-Bahn (eines Zuges oder 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! 37.2 Befestige an einem Sack Kartoffeln (ca. 2 kg) einen Zwirnsfaden. Hebe zuerst den Sack am Faden langsam hoch, hebe danach den Sack mit einem starken Ruck hoch! Im zweiten Fall kann es passieren, dass der Faden reißt. E1 a) Erkläre deine Beobachtung. S1 b) Was sollte man daher beim Abschleppen eines Autos mit Seil beachten? 37.3 S1 Erörtere, ob es gefährlich ist, von einem fahrenden Fahrzeug abzuspringen. 37.4 S1 Diskutiere, was man beim Beladen von Fahrzeugen beachten muss. Was muss man beachten, wenn man Handgepäck oder Koffer in Bussen oder Zügen in den Gepäckablagen über den Sitzen verstaut? 1.2 Erstes und zweites Newton’sches Gesetz Auf Basis des Galilei’schen Trägheitsgesetzes definierte Isaac Newton (1643–1727) (38.1) 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. Physikalische Gesetze, die aus Axiomen abgeleitet werden, müssen experimentell überprüft werden. 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 Körper verformen und sie beschleunigen. 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 Geschwindigkeit. In der Newton’schen Definition besteht die Wirkung einer Kraft in einer Änderung der Bewegung, d. h. in einer Beschleunigung, einer Verzögerung oder einer Richtungsänderung eines Körpers. Im Laufe der Geschichte zeigte sich, dass diese Definition ausreicht, um alle Phänomene, die auf physikalischen Kräften beruhen, zu erklären. Das erste Newton’sche Gesetz besagt, dass sich Körper ohne äußere Einwirkung geradlinig gleichförmig bewegen oder in Ruhe sind. Erstes Newton’sches Gesetz Körper, auf die keine Kraft wirkt, bewegen sich geradlinig gleichförmig oder sind in Ruhe. 37.1 Verletzungsschwere PKW-Unfälle in Österreich 2020 Von den im Jahr 2020 bei PKW-Unfällen in Österreich verunglückten Personen, die einen Sicherheitsgurt angelegt hatten, verletzten sich rund 9 Prozent schwer. Bei Personen ohne Sicherheitsgurt lag dieser Anteil bei ca. 27 Prozent. Auch der Anteil der Getöteten war bei Personen mit Sicherheitsgurt wesentlich niedriger als bei denen ohne Sicherheitsgurt (Quelle: Statista 2020). Jeder Körper beharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung, wenn er nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern. Geschosse verharren in ihrer Bewegung, insofern sie nicht durch den Widerstand der Luft verzögert oder durch die Kraft der Schwere von ihrer Richtung abgelenkt werden. … Die großen Körper der Planeten und Kometen aber behalten ihre fortschreitende und kreisförmige Bewegung in weniger widerstehenden Medien lange Zeit bei. (Isaac Newton in Philosophiae naturalis principia mathematica, 1687) Kraft ist ein Begriff, den wir im Alltag in unterschiedlichsten Zusammenhängen verwenden. Wir sprechen etwa von Geisteskraft oder Muskelkraft. Die Physik hat eine genaue Definition von Kraft. Die Kraft wird, wie im Alltag, über ihre Wirkung definiert, aber diese muss messbar sein und somit zu messbaren Bewegungsänderungen oder zu Verformungen führen. Erstaunlich ist, dass wir mit dieser engen Definition die großen Zusammenhänge in unserer Welt beschreiben können. 37 Mechanik I 1 Die Newton’schen Gesetze Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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