Isaac Newton hat die Verbindungen zwischen Kraft und Bewegung in seinen drei berühmten Gesetzen am besten beschrieben, und das Erlernen dieser Gesetze ist ein wesentlicher Bestandteil des Physikunterrichts. Sie sagen Ihnen, was passiert, wenn eine Kraft auf eine Masse ausgeübt wird, und definieren auch den Schlüsselbegriff der Kraft. Wenn Sie den Zusammenhang zwischen Kraft und Bewegung verstehen möchten, sind die ersten beiden der Newtonschen Gesetze die wichtigsten, die Sie beachten sollten, und sie sind leicht zu verstehen. Sie erklären, dass jeder Wechsel von Bewegung zu Stillstand oder umgekehrt eine unausgeglichene Kraft erfordert und dass die Der Bewegungsbetrag ist proportional zur Größe der Kraft und umgekehrt proportional zur Masse des Objekts.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Wenn keine Kraft vorhanden ist oder die einzigen Kräfte perfekt ausbalanciert sind, bleibt ein Objekt entweder stehen oder bewegt sich mit genau derselben Geschwindigkeit weiter. Nur unausgeglichene Kräfte verursachen Änderungen der Geschwindigkeit eines Objekts, einschließlich einer Änderung seiner Geschwindigkeit von Null (d. h. stationär) auf mehr als Null (bewegt).
Newtons erstes Gesetz: Unausgeglichene Kräfte und Bewegung
Das erste Newtonsche Gesetz besagt, dass ein Objekt entweder in Ruhe (nicht in Bewegung) oder in Bewegung bei. bleibt genau die gleiche Geschwindigkeit und in genau die gleiche Richtung, es sei denn, es wird von einer „unausgeglichenen“ Macht. Einfacher ausgedrückt heißt es, dass sich etwas nur bewegt, wenn etwas anderes es drückt, und dass Dinge nur anhalten, die Richtung ändern oder sich schneller bewegen, wenn etwas es drückt.
Das Verständnis der Bedeutung von „unausgeglichener Kraft“ verdeutlicht dieses Gesetz. Wirken zwei Kräfte auf ein Objekt, eine nach links und die andere nach rechts, bewegt es sich nur, wenn eine der Kräfte größer ist als die andere. Wenn sie genau die gleiche Stärke haben, bleibt das Objekt einfach dort, wo es ist.
Eine Möglichkeit, sich dies vorzustellen, besteht darin, über eine Waage mit Gewichten auf beiden Seiten nachzudenken. Die Gewichte werden durch die Schwerkraft nach unten gezogen, und das einzige, was beeinflusst, wie viel Schwerkraft sie zieht, ist, wie viel Masse vorhanden ist. Wenn Sie auf beiden Seiten die gleiche Masse haben, bleibt die Waage stehen. Die Waage bewegt sich nur, wenn man sie buchstäblich massenhaft aus dem Gleichgewicht bringt. Durch den Massenunterschied sind die Kräfte, die auf beiden Seiten der Skala wirken, unausgeglichen und die Skala bewegt sich.
Sich eine konstante Bewegung bei gleicher Geschwindigkeit vorzustellen ist schwieriger, weil man dies im täglichen Leben nicht antrifft. Überlegen Sie, was passieren würde, wenn ein Spielzeugauto auf einer perfekt glatten (reibungslosen) Oberfläche stehen würde und keine Luft im Raum wäre. Das Auto blieb stehen, wenn es nicht wie oben beschrieben geschoben wurde. Aber was passiert nach dem Push? Es gibt keine Reibung mit der Oberfläche, um es zu verlangsamen, und keine Luft, um es zu verlangsamen. Die Oberfläche gleicht die Schwerkraft aus (durch etwas, das als "normale Reaktion" bezeichnet wird, bezogen auf das dritte Newtonsche Gesetz), und es wirken keine Kräfte von links oder rechts auf sie. In dieser Situation würde das Auto mit der gleichen Geschwindigkeit über die Oberfläche fahren. Wenn die Oberfläche unendlich lang wäre, würde das Auto ewig mit dieser Geschwindigkeit weiterfahren.
Zweites Newtonsches Gesetz: Was ist Kraft?
Das zweite Newtonsche Gesetz definiert den Kraftbegriff. Es besagt, dass die auf ein Objekt ausgeübte Kraft gleich seiner Masse multipliziert mit der von der Kraft verursachten Beschleunigung ist. In Symbolen ist dies:
F=ma
Die Einheit der Kraft ist Newton – um die Person zu bestätigen, die sie definiert hat – was eine Abkürzung für Kilogramm-Meter pro Sekunde zum Quadrat (kg m/s .) ist2). Wenn Sie eine Masse von 1 kg haben und diese jede Sekunde um 1 m/s beschleunigen möchten, müssen Sie eine Kraft von 1 N aufbringen.
Die folgende Schreibweise des Newtonschen Gesetzes hilft, den Zusammenhang zwischen Kraft und Bewegung zu verdeutlichen:
Die Beschleunigung auf der linken Seite sagt uns, wie stark sich etwas bewegt. Die rechte Seite zeigt, dass eine größere Kraft zu mehr Bewegung führt, wenn die Masse des Objekts gleich ist. Wenn eine bestimmte Kraft aufgebracht wird, zeigt diese Gleichung auch, dass der Betrag der Beschleunigung von der Masse abhängt, die Sie bewegen möchten. Ein größeres, schwereres Objekt bewegt sich weniger als ein kleineres, leichteres Objekt, das dem gleichen Schub ausgesetzt ist. Wenn Sie einen Fußball treten, bewegt er sich viel mehr, als wenn Sie eine Bowlingkugel mit der gleichen Stärke treten.