Ende des 17. Jahrhunderts veröffentlichte Sir Isaac Newton "Principia Mathematica", ein Buch, das die Welten der Mathematik und Physik verband. Neben anderen wichtigen Ideen beschrieb er den zweiten Bewegungssatz – dass Kraft gleich Masse mal Beschleunigung oder f = ma ist. Obwohl es auf den ersten Blick einfach aussieht, hat das Gesetz mehrere wichtige Auswirkungen, einschließlich der Bewegung von Objekten auf der Erde und im Weltraum. Grundgesetze wie diese haben es Wissenschaftlern ermöglicht, die Natur genau zu erforschen und Ingenieuren, funktionierende Maschinen zu bauen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Kraft ist gleich Masse mal Beschleunigung oder f = ma.
Bedeutung von Kraft
Kraft ist eine physikalische Größe, mit der Sie im Alltag umgehen. Es braucht Kraft, um eine Tür zu öffnen, ein Kind hochzuheben oder ein Ei zu knacken. Es ist ein Zug oder Druck, der von einem Objekt auf ein anderes ausgeübt wird; die Objekte können alles sein, von Protonen und Elektronen bis hin zu Planeten und Galaxien. Das Ziehen oder Drücken kann durch direkten Kontakt oder im Fall von Schwerkraft, Elektrizität und Magnetismus aus der Ferne erfolgen. Wissenschaftler messen die Kraft in Einheiten, die Newton genannt werden, wobei ein Newton die Kraft ist, die benötigt wird, um eine 1-Kilogramm-Masse einen Meter pro Sekunde zum Quadrat zu beschleunigen.
Bedeutung von Beschleunigung
Wenn ein Hockeypuck über das Eis gleitet, geschieht dies mit ziemlich konstanter Geschwindigkeit, bis er das Tor oder den Schläger eines Spielers trifft. Obwohl es sich bewegt, beschleunigt es nicht. Beschleunigung kommt nur von einer Geschwindigkeitsänderung. Wenn ein Objekt an Geschwindigkeit gewinnt, ist seine Beschleunigung positiv; wenn die Geschwindigkeit verloren geht, ist die Beschleunigung negativ. Sie messen die Geschwindigkeit in Entfernungseinheiten geteilt durch Zeit, z. B. Meilen pro Stunde oder Meter pro Sekunde. Die Beschleunigung ist die Geschwindigkeitsänderung geteilt durch die Zeit, die für die Geschwindigkeitsänderung benötigt wird, also Meter pro Sekunde pro Sekunde oder Meter pro Sekunde zum Quadrat.
Bedeutung von Masse
Die Masse eines Objekts ist ein Maß dafür, wie viel Materie es enthält. Ein Gummiball hat weniger Masse als ein Bleiball der gleichen Größe, weil er weniger Materie, weniger Atome und weniger Protonen, Neutronen und Elektronen enthält, aus denen die Atome bestehen. Masse widersteht auch der Anstrengung, sie zu drücken oder zu ziehen; ein Tischtennisball ist leicht aufzunehmen und zu werfen; ein Müllwagen ist es nicht. Der Truck ist um viele tausend Mal massiver als der Tischtennisball. Die Standardeinheit für die Masse ist das Kilogramm, etwa 2,2 Pfund.
Skalare und Vektoren
Masse ist eine einfache Art von Größe. Sie können große Massen, winzige Massen und Massen dazwischen haben. Das ist alles. Wissenschaftler nennen einfache Mengen Skalare, weil eine Zahl sie beschreibt. Kraft und Beschleunigung sind jedoch komplizierter. Sie haben sowohl eine Größe als auch eine Richtung. Ein TV-Wetterprognostiker spricht zum Beispiel von einem Wind aus Westen mit einer Geschwindigkeit von 32 km/h. Dies ist der Geschwindigkeitsvektor des Windes. Um eine Kraft oder Beschleunigung vollständig zu beschreiben, benötigen Sie sowohl den Betrag als auch die Richtung. An einem verschneiten Tag zum Beispiel zieht man den Kinderschlitten mit einer Kraft von 50 Newton nach vorne und er beschleunigt in die gleiche Richtung mit 0,5 Metern pro Quadratsekunde.
Bedeutung von Kraft, Masse und Beschleunigung
Newtons zweites Bewegungsgesetz scheint einfach genug: Drücken Sie auf ein Objekt einer bestimmten Masse, und es beschleunigt basierend auf Kraft und Masse. Eine kleine Kraft mit einer großen Masse führt zu einer langsamen Beschleunigung und eine große Kraft mit einer kleinen Masse führt zu einer schnellen Beschleunigung. Was passiert, wenn keine Kraft da ist? Eine Kraft von Null auf eine beliebige Masse ergibt eine Beschleunigung von Null. Steht das Objekt still, bleibt es still; Wenn es sich bewegt, bewegt es sich mit derselben Geschwindigkeit und Richtung weiter. Denken Sie daran, dass mehrere Kräfte gleichzeitig beteiligt sein können. Sie binden zum Beispiel ein Seil um einen Felsbrocken und ziehen mit aller Kraft. Es gibt Kraft und Masse, aber der Felsbrocken bewegt sich nicht, sodass die Beschleunigung null ist. Die Reibungskraft zwischen dem Boulder und dem Boden hebt die Kraft deines Zugs auf. Sie benötigen eine viel größere Kraft, z. B. von einem Traktor, um den Felsbrocken zu bewegen.