Hallo liebe Freunde, herzlich willkommen zu einer neuen Folge von Kleines Physikalisches Alter. Herzlich Willkommen liebe Freunde, heute wollen wir uns mit den Newton'schen Prinzipien auseinandersetzen, denn der Isaac Newton hat herausgefunden, dass alles so zum Boden fällt. Das war ja Beobachtung, die wir eigentlich schon seit Ewigkeiten machen. aber er hat dazu auch eine Anwendung bzw. eine mathematische Schablone Gesetzmäßigkeiten entdeckt.
Und um die wollen wir uns heute mal kümmern. Die Newtonprinzipien, diese drei Stück sind das. Ähm, ne?
werde ich euch einfach mal im Einzelnen vorstellen. Und zwar das Erste besagt, dass ein Körper oder ein Gegenstand so lange in einer gleichförmigen Bewegung verharrt, bis eine Kraft auf ihn einwirkt. Was ist eine gleichförmige Bewegung? Eine gleichförmige Bewegung ist eigentlich ein Gegenstand, der mit einer konstanten Geschwindigkeit auf irgendeine Richtung sich bewegt oder ruht. Er darf nicht beschleunigt werden, das heißt er darf seine Geschwindigkeit nicht verändern.
Und dann haben wir den Zustand einer Gleichförmigen Bewegung. gleichförmigen Bewegung. Das ist das erste Newton'sche Prinzip. So, das ist das erste Newton'sche Gesetz.
Das heißt wirklich, solange etwas sich bewegt und die Geschwindigkeit sich nicht verändert, wirkt auch keine Kraft auf ihn ein. Jetzt könnten einige kritische Stimmen sagen, ja Moment, ich fahre mit meinem Auto auch 30 kmh. km h und beschleunige nicht aber verbrauchen trotzdem benzin und wenn ich sozusagen keine kraft auf ein auto aufbringen muss wenn es doch 30 fährt dürfte ich auch keine zielverbrauchten das heißt Wir malen nochmal meine wundervolle Interpretation eines hochkünstlerischen Autos.
Und das bewegt sich jetzt mit einer Geschwindigkeit nach da von V, ist das Vorbezeichen für Geschwindigkeit, für Velocity in Englisch. V sind gleich, sehen wir mal, 50 kmh, Kilometer in der Stunde. So, in der Realität ist es ja so, dass wir niemals kräftefrei sein können.
Denn wir haben bei einem Auto ganz einfach mal... noch ein paar Kräfte, die das Auto ja bremsen. Für diejenigen, die schon Auto fahren, wenn ihr die Kupplung tretet oder den Gang auf neutral stellt, beim Automatikauto, fängt das Auto ja auch an zu bremsen. Es rollt irgendwann aus und bleibt stehen.
Das heißt, es muss eine Kraft auf uns wirken, die uns bremst. So, das heißt, wir haben eine Kraft, die drückt uns sozusagen nach hinten und das ist in erster Linie eine Reibungskraft. Und zwar die Reibungskraft, die unser Auto hat, wenn es durch die Luft fährt. Unsere Luft, die wir... sozusagen durch das Durchfahren wegdrängen, bremst uns ab.
Das heißt, wir haben hier schon mal eine Reibungskraft, Fr für F-Reibung. Das ist übrigens die Newton'sche Reibungskraft durch Luft, gibt es eine Formel für, ist aber unrelevant. Das heißt, wir haben einmal die Luftreibung, schreibe ich auch nochmal hier so ein bisschen dabei. Das ist die Luftreibung.
So, dann haben wir noch was ganz anderes und das macht auch immer einen wichtigen Aspekt aus. Und das ist die... sogenannte Rollreibung, die nenne ich mal F-Roll, weil wir F-R für F-Reibung schon vergeben haben.
Und das ist die sogenannte Rollreibungskraft. Rollreibung. Luftreibung, Rollreibung.
Und diese beiden Reibungskräfte wirken beide entgegengesetzt von unserer Fahrtrichtung. Das heißt, sie werden automatisch gebremst, alleine schon durch diese beiden Kräfte. Würden wir diese beiden Kräfte nicht haben, zum Beispiel, Wir begeben uns ins Weltall, dort haben wir ganz wenig Umgebungsteilchen, ganz wenig Wasserstoff, was uns umgibt, die Dichte von Wasserstoff ist da oben sehr gering, viel geringer als die von Luft hier.
Und wir haben da auch keine Rollalbum, das heißt, wenn wir uns da mit 50 kmh bewegen, bleiben wir mit 50 kmh auf dieser Spur, weil keine bremsenden Kräfte auf uns einwirken. Dementsprechend können wir dann dieses Gesetz damit bestätigen, aber in unserer realistischen Umgebung müssen wir halt durch den Motor diese beiden bremsenden Kräfte abnehmen. damit wir uns mit konstanten 50 kmh bewegen können. Und deshalb brauchen wir auch bei konstanter Geschwindigkeit Benzin und der Motor muss halt arbeiten. Wenn der Motor jetzt noch mehr Gas gibt, um die Geschwindigkeit zu verändern, dann müsst ihr mal, wenn ihr ein neueres Auto habt, auf die Kraftschiffanzeige gucken.
Durch das Beschleunigen vom Fahrzeug, das heißt, wenn die Geschwindigkeit sich nach oben verändert, also größer wird, haben wir einen höhereren Spritverbrauch. Der Motor muss Kraft aufbringen und die Kraft gewinnt der Motor aus der Schleifschleife. der verbrennung von chemischem benzin er gewinnt seine energie aus chemischem Energie und wandelt das in Bewegungsenergie um und dadurch ändern wir halt die Geschwindigkeit. Und deshalb braucht es halt richtig viel Energie. Man kann natürlich diese Bremsenkräfte auch ausgleichen, wenn man bergab fährt.
Durch das Bergabfahren haben wir dann noch einen Teil der Erdanziehungskraft. hier unten drunter ziehen, sodass wir dann diese beiden Bremsen und Kräfte hier durch Rollreinigung, durch Erderziehungskraft sozusagen ein bisschen ausgleichen können. Genau, so, das 2-Pinutensche Gesetz ist ganz cool, das sagt nichts anderes aus, als dass Kraft gleich Masse, Masse mal Beschleunigung ist. So, für diejenigen, die es vielleicht schon mal gesehen haben, F ist gleich M mal A. Für Acceleration, das wollen die immer mal auf Englisch Force, Mass, ja, also F ist gleich M mal A, ist die berühmteste Newtonische Formel und diese sagt eigentlich genau das auch aus.
was da oben steht, denn wir üben erst dann eine Kraft aus, oder wir haben erst dann eine Kraft, wenn wir eine Masse und eine Beschleunigung haben. Wenn unsere Beschleunigung 0 ist, das heißt wir haben keine Beschleunigung, gehen wir da einfach mal ganz kurz durch, 0 mal 3. sagen wir mal mein Gewicht, ungefähr 90 Kilo, ja, dann haben wir 0 mal 90, haben wir auch keine Kraft. Also die Einheit von Beschleunigung ist ja Meter pro Sekunde hoch 2 und die Einheit von Kraft ist Newton.
Die wird so genannt, weil Newton sich mit der Kraft zum ersten Mal so richtig beschäftigt hat und das herausgefunden hat. Das heißt, wir haben 0 Newton an Kraft, die vorherrscht. So einfach ist das. Das heißt, erst dann, wenn wir eine Beschleunigung haben, haben wir auch eine Kraft. Dieses Gesetz sagt auch noch was anderes an.
aus und zwar das bezieht sich auch auf das dritte newton'sche gesetz das nehme ich einmal vorweg weil sonst schaffen wir das nicht so richtig um das miteinander zu verbinden das dritte newton'sche gesetz sagt aktion gleich reaktion kurz gesagt ja eine aktion also aktion schreibe ich jetzt mal auf gleich reaktion heißt nichts anderes als das wenn ich auf einen gegenstand eine kraft ausübe übt der gegenstand genau die gleiche kraft auf mich aus. Wir haben es schon gelernt, Kraft ist F, das heißt F ist gleich minus F. Und damit wir jetzt wissen, was damit gemeint ist, zeichne ich jetzt mal zwei Planeten auf, Planet 1 und Planet 2. Die Kraft, die Planet 2 auf 1 ausübt, ist genauso groß mit einem negativen Vorzeichen wie die Kraft, die 1 auf 2 ausübt.
übt. So, das heißt die beiden Pfeile hier sind gleich lang und die beiden Planeten ziehen sich gleich stark an. Das heißt, Aktion bleibt Reaktion.
Das bedeutet auch, ich habe eine Masse als Mensch und die Erde hat eine Masse. Und wenn ich springe und wieder lande, dann bewegt sich ja, wenn das die Erde ist und das bin ich, dann hüpfe ich ja so und nicht so. Die Erde kommt mir ja nicht entgegen. Aber warum?
Weil wir haben doch eigentlich F ist gleich minus F, in dem Prinzip F1,2 ist gleich minus F1,2. F2,1, die ziehen sich doch gegenseitig an. Ja, ganz einfach. Wir haben jetzt hier diese Formel stehen, F ist gleich m mal a. Dieses Gesetz sagt, dass die Kraft, mit der ich die Erde anziehe, genauso groß ist, wie die Kraft, mit der die Erde mich anzieht.
Das sagt das Gesetz. Es ist gleich groß, nur mit entgegengesetzten Vorzeichen, weil die halt in verschiedene Richtungen wirken. Und das können wir uns einfach einmal ausrechnen. Wenn wir mal nehmen, 1000 Newton, einfach irgendeine Kraft.
1000 Newton, mit der Kraft ziehe ich die Erde an und die Erde mich. Einfach mal so. Nehmen wir mal an, ich mache das, weil es mathematischer einfacher ist, nehme ich mal 100 Kilogramm, wiege ich, und dann möchte ich jetzt mal...
wissen mit welcher Beschleunigung werde ich eigentlich angezogen, denn die Beschleunigung suche ich ja. Dann teile ich mal durch 100 Kilo und was kommt dann da raus? 1000 Newton durch 100 Kilo sind 10. Das sind 10 Meter pro Sekunde zum Quadrat und damit habe ich dann die Beschleunigung ausgerechnet.
Das heißt, das ist so ungefähr die Beschleunigung, die auch die Erde hat, mit der wir sozusagen runterfallen. Ziemlich schnell, ziemlich stark, ziemlich große Beschleunigung. Machen wir mal das gleiche Beispiel.
1000 Newton und jetzt kommt die Erde. Die Masse von der Erde haben wir ja hier nicht eingesetzt, sondern die Masse eines Menschen. Und jetzt setzen wir mal die Masse von der Erde ein.
Das heißt, das war die Rechnung 1, jetzt kommt hier Rechnung 2. 1000 Newton und die Erde wiegt 5,9 mal 10 hoch 24. 40 Kilogramm mal A. Diese Zahl hier, man schreibt das so ganz gerne, weil man die Zahlen sonst mit 0 ausschreiben müsste, müsste man hier noch irgendwie 25, 24, 23, 0 hinterschreiben. Das müssten sein 5,9 Tausend Trillionen Tonnen.
Richtig? 5? Ja. 5,9 Tausend Trillionen Tonnen Gewicht. Und wenn wir jetzt die gleiche Rechnung hier machen und dann einfach mal...
dividieren durch diese 5000 Trillionen Tonnen Gewicht dann kommt hier eine sehr kleine Zahl raus ja, ich muss das mal mit dem Taschenrechner ausrechnen da kommt dann was ziemlich kleines raus 1,6 oder 1,7 gerundet 1,7 mal 10 hoch minus 22 Meter pro Sekunde zum Quadrat das sind die 10,5 Meter ungefähr, ich schreibe mal hin, 0,00000017 Meter pro Sekundentum quadrat, also eine ziemlich kleine Zahl im Vergleich zu dieser. Das heißt, wenn wir hüpfen, wird die Erde zu uns hin nur ganz, ganz schwach beschleunigt, mega, mega schwach. Und deshalb, weil wir stärker beschleunigt werden, fallen wir auf die Erde wieder zurück.
Der Punkt dahinter ist die Trägheit. Die Erde ist schwerer und Schwerheit und schwere Masse. ist halt träge, die will sich nicht bewegen und das ist auch der Grund, warum wir Kraft brauchen. Wir brauchen Kraft, weil Masse träge ist.
Träge, Masse, die will sich einfach nicht bewegen, die hat keine Bock sich zu bewegen und deshalb müssen wir sie sozusagen mit Energie dazu zwingen sich zu bewegen. Und die Erde ist halt viel viel träger und deshalb brauchen wir sie im Vergleich zu uns. Ich kreis das mal ein.
Das ist die Beschleunigung mit der ich, sozusagen mit 100 Kilo, wenn ich so viel wiegen würde, auf die Erde angezogen werde. werden und das ist die Beschleunigung, die mega, mega kleine Beschleunigung, mit der die Erde auf mich gezogen wird sozusagen und die bemerkt man gar nicht, weil sie so klein ist. Ich hoffe, es hat euch wieder Spaß gemacht und die drei Newton's, Newton'schen Prinzipien sind euch ein bisschen klarer geworden. Wie gesagt, Kurzabriss.
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Ich freue mich auf euch und bis zum nächsten Mal. Ciao.