Grundlagen der Dynamik: Newtons Gesetze und physikalische Konzepte

Grundlagen der Dynamik und Mechanik

Dynamik

Zweig der Physik, der die Ursachen der Veränderungen im Bewegungszustand von Körpern erforscht.

Newton (N) – SI-Einheit der Kraft

Das Newton ist die Kraft, die einem Körper der Masse 1 kg eine Beschleunigung von 1 m/s² erteilt.

Auswirkungen von Kräften auf Körper

• Änderung des Bewegungszustandes von Körpern.
• Verformung von Körpern.

Gravitation (Newtonsches Gravitationsgesetz)

Jedes Paar von Körpern übt überall Kräfte aufeinander aus. Deren Betrag ist direkt proportional zum Produkt ihrer Massen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes zwischen ihnen. Die Richtung der Wechselwirkung liegt auf der Verbindungslinie zwischen den Körpern und ist immer anziehend.

Newtons Gesetze der Bewegung

1. Prinzip der Trägheit (Erstes Newtonsches Gesetz)

Ein freier Körper, d.h. ein Körper, auf den keine Kraft wirkt oder die Summe der auf ihn einwirkenden Kräfte Null ist, verharrt in Ruhe oder bewegt sich mit gleichförmiger geradliniger Bewegung.

Träge Masse (Trägheitsmaß)

Die träge Masse ist eine Eigenschaft des Körpers, die den Widerstand dieses Körpers gegen die Änderung seines Bewegungszustandes misst.

2. Grundprinzip (Zweites Newtonsches Gesetz)

Nach diesem Prinzip sind die Kräfte proportional zu den Beschleunigungen. Darüber hinaus hat die Gesamtkraft auf einen Körper die gleiche Richtung und den gleichen Sinn wie die von ihr erzeugte Beschleunigung, nicht aber die Geschwindigkeit, die der Körper trägt.

3. Prinzip von Aktion und Reaktion (Drittes Newtonsches Gesetz)

Bei jeder Aktion, die ein Körper auf einen anderen ausübt, F₁₂, entsteht eine Reaktion, die dieser auf den ersten ausübt, F₂₁, von gleicher Intensität und Richtung, aber entgegengesetztem Sinn:

F₁₂ = -F₂₁

Gleichgewicht (Balance)

Ein Teilchen befindet sich im Gleichgewicht, wenn die Summe aller auf es wirkenden Kräfte gleich Null ist.

Impuls (Momentum), p

Größe, die die Bewegung eines Körpers durch seine träge Masse (m) und seine Geschwindigkeit (v) charakterisiert:

p = m · v

Der Impuls ist die am besten geeignete Größe für die Entwicklung der Dynamik.

Kraftstoß (Mechanischer Impuls), I

Größe, die die Wirkung von Kräften über einen bestimmten Zeitraum auf einen Körper beschreibt:

I = F · Δt