Grundlagen der Physik: Freier Fall, Kräfte & Newtons Gesetze

Grundlagen der Physik: Bewegung und Kräfte

Definitionen wichtiger physikalischer Konzepte

Freier Fall

Der freie Fall beschreibt die Bewegung eines Körpers, der ausschließlich der Schwerkraft ausgesetzt ist. Im Vakuum ist dies eine geradlinige Bewegung mit konstanter Beschleunigung.

Der freie Fall hat zwei wichtige Merkmale:

• Objekte im freien Fall erfahren keinen Luftwiderstand.
• Alle Objekte werden auf der Erdoberfläche mit etwa 9,8 m/s² beschleunigt.

Energie

Energie ist definiert als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.

Gleichförmige Kreisbewegung

Die gleichförmige Kreisbewegung beschreibt die Bewegung eines Körpers auf einer Kreisbahn mit konstanter Geschwindigkeit.

Dynamik und beteiligte Kräfte

Die Dynamik ist der Teil der Physik, der die zeitliche Entwicklung eines physikalischen Systems in Bezug auf die Ursachen beschreibt, die seinen Bewegungszustand ändern.

Arten von Kräften

• Kraft: Jede Einwirkung, die in der Lage ist, den Bewegungszustand oder die Form eines materiellen Körpers zu ändern.
• Normalkraft: Die Kraft, die eine Oberfläche auf einen darauf ruhenden Körper ausübt. Sie ist im Betrag gleich, aber in der Richtung entgegengesetzt zu der Kraft, die der Körper auf die Oberfläche ausübt.
• Zugkraft: Die Spannung ist die Kraft, die von Seilen oder ähnlichen Objekten erfahren wird, wenn sie durch an ihren Enden befestigte Gewichte gestreckt werden.
• Reibungskraft: Reibungskräfte treten auf, wenn zwei Oberflächen in Kontakt miteinander sind. Sie wirken der Bewegung entgegen.

Newtons Bewegungsgesetze

Erstes Newtonsches Gesetz: Trägheitsgesetz

Das erste Gesetz, auch Trägheitsgesetz genannt, besagt, dass ein Körper in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung verharrt, solange keine äußere Kraft auf ihn einwirkt. Das heißt, wenn er in Ruhe ist, beginnt er sich nicht zu bewegen, und wenn er sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit geradlinig bewegt, bleibt diese Geschwindigkeit unverändert.

Zweites Newtonsches Gesetz: Grundgesetz der Dynamik

Das zweite Gesetz, auch Grundgesetz der Dynamik genannt, beschreibt die Änderung der Bewegung eines Körpers, wenn eine Kraft auf ihn wirkt. Es besagt, dass die auf einen Körper wirkende Kraft gleich dem Produkt aus seiner Masse und seiner Beschleunigung ist (F = m · a).

Drittes Newtonsches Gesetz: Wechselwirkungsgesetz

Das dritte Gesetz, auch Wechselwirkungsgesetz oder Prinzip von Aktion und Reaktion genannt, besagt: Übt ein Körper A auf einen Körper B eine Kraft aus (Aktion), so übt der Körper B auf den Körper A eine gleich große, aber entgegengesetzte Kraft aus (Reaktion). Wenn Sie beispielsweise auf dem Boden stehen, üben Sie mit Ihrem Gewicht eine Kraft auf den Boden aus. Gleichzeitig übt der Boden eine gleich große, entgegengesetzte Kraft auf Sie aus.