In diesem Artikel erklären wir, was das zweite Newtonsche Gesetz, auch Grundprinzip der Dynamik genannt, festlegt. Sie finden die Formel für Newtons zweites Gesetz sowie mehrere Beispiele. Und schließlich können Sie mit Schritt-für-Schritt-Lösungen Übungen zum zweiten Newtonschen Gesetz üben.
Was ist Newtons zweites Gesetz?
Die Aussage des zweiten Newtonschen Gesetzes , auch Grundprinzip der Dynamik genannt, besagt:
Die Beschleunigung eines Körpers ist direkt proportional zur auf diesen Körper ausgeübten Kraft. Darüber hinaus erfolgt die Änderung der Körpergeschwindigkeit in der Wirkungslinie der ausgeübten Kraft.
Das heißt, je größer die Nettokraft ist, die auf einen Körper oder ein System ausgeübt wird, desto mehr Beschleunigung erhält es und desto schneller bewegt es sich.
Dieses Postulat ist logisch, denn wenn wir einen Ball sehr stark werfen, übertragen wir eine große Beschleunigung auf ihn, und deshalb erreicht er eine hohe Geschwindigkeit. Wenn wir andererseits den gleichen Ball werfen, aber sehr wenig Kraft aufwenden, wird sich der Ball praktisch nicht bewegen, weil er nur eine sehr geringe Beschleunigung hat.
Offensichtlich ist Newtons zweites Gesetz nach dem Physiker Isaac Newton benannt, weil er es als Erster formuliert hat.
Beachten Sie, dass es insgesamt drei Newtonsche Gesetze gibt:
- Newtons erstes Gesetz oder Trägheitsprinzip.
- Newtons zweites Gesetz oder Grundprinzip der Dynamik.
- Newtons drittes Gesetz oder Aktions-Reaktions-Prinzip.
Sie können auf unserer Website ingenierizando.com nachlesen, was jedes Newtonsche Gesetz sagt.
Formel für Newtons zweites Gesetz
Die Formel für das zweite Newtonsche Gesetz besagt, dass die auf einen Körper ausgeübte Kraft direkt proportional zur Beschleunigung dieses Körpers ist. Dabei handelt es sich um die Masse des Körpers, die Proportionalitätskonstante, die die Beschleunigung mit der ausgeübten Kraft in Beziehung setzt.
Der algebraische Ausdruck des zweiten Newtonschen Gesetzes lautet daher:
Gold:
-
ist die Gesamtkraft, die auf den Körper oder das System einwirkt. Die Maßeinheit der Kraft im Internationalen System ist das Newton (N).
-
ist die Masse des Körpers oder Systems, seine Maßeinheit im internationalen System ist das Kilogramm (kg).
-
ist die vom Körper oder System erfasste Beschleunigung, die im Internationalen System in Metern pro Quadratsekunde (m/s 2 ) gemessen wird.
Bedenken Sie, dass alle Zahlen im internationalen System ausgedrückt werden müssen, damit die Gleichung des zweiten Newtonschen Gesetzes erfüllt wird.
Normalerweise wird zur Lösung von Problemen des zweiten Newtonschen Gesetzes in der Physik die oben gezeigte Formel verwendet. Diese Formel lässt sich mathematisch aber auch als Variation des Impulses (oder linearen Impulses) über die Zeit ausdrücken:
Wenn Sie den vorherigen Ausdruck nicht verstehen, machen Sie sich keine Sorgen, da Sie Ableitungen kennen müssen und diese normalerweise in fortgeschrittenen Mathematikkursen gelehrt werden. Wichtig ist, dass Sie beim Konzept des zweiten Newtonschen Gesetzes (oder des Grundprinzips der Dynamik) bleiben und sich an die erste Formel erinnern.
Beispiele für Newtons zweites Gesetz
Nachdem wir nun die Definition des zweiten Newtonschen Gesetzes kennen, das auch als Grundprinzip der Dynamik oder Grundgesetz der Dynamik bekannt ist, schauen wir uns einige Beispiele dieser Regel an, um ihre Bedeutung besser zu verstehen.
- Die Kraft, die aufgewendet werden muss, um einen ruhenden Körper zu bewegen, hängt von seiner Masse ab: Je größer seine Masse, desto mehr Kraft muss aufgewendet werden, um eine Beschleunigung auf den Körper zu übertragen. Beispielsweise muss zum Bewegen eines Sofas eine viel größere Kraft aufgewendet werden als zum Bewegen eines Buches (beide mit der gleichen Beschleunigung).
- Ein weiteres Beispiel für das zweite Newtonsche Gesetz ist, dass sich ein Objekt je nach der auf es ausgeübten Kraft mehr oder weniger bewegt. Wenn Sie einen Ball schlagen, wird er wesentlich schneller beschleunigt, als wenn Sie versuchen, ihn mit dem Finger zu bewegen.
Gelöste Übungen zum zweiten Newtonschen Gesetz
Übung 1
Wenn eine Kraft von 145 N auf ein 25 kg schweres Objekt ausgeübt würde, welche Beschleunigung erhielt dieses Objekt?
Um dieses Problem zu lösen, müssen wir die Formel aus Newtons zweitem Gesetz verwenden, die lautet:
Wir lösen nun die Beschleunigung aus der Formel:
Kraft und Masse werden im Internationalen Einheitensystem ausgedrückt. Setzen Sie die Daten einfach in die Formel ein und berechnen Sie die Beschleunigung:
Übung 2
Ein 11 kg schwerer Körper erreichte aus dem Ruhezustand in 4 Sekunden eine Geschwindigkeit von 9 m/s. Wie viel Kraft wird angewendet?
In diesem Fall kennen wir nicht die lineare Beschleunigung des Körpers, aber wir kennen seine Anfangsgeschwindigkeit, seine Endgeschwindigkeit und die verstrichene Zeit. Wir können die Beschleunigung daher wie folgt berechnen:
Auf diese Weise können wir nun die Formel aus dem Grundprinzip der Dynamik verwenden, um die Größe der ausgeübten Kraft zu ermitteln:
Übung 3
Mittels einer Maschine wird eine Kraft von 700 N auf einen 40 kg schweren Körper ausgeübt, um ihn zu bewegen. Wenn der Wert der Reibungskraft zwischen Körper und Boden konstant 450 N beträgt, wie groß ist dann die Beschleunigung, wenn die Kraft auf den Körper ausgeübt wird?
Da die Reibungskraft der Bewegung des Körpers entgegenwirkt, müssen wir zunächst die auf den Körper ausgeübte Nettokraft berechnen:
Zweitens verwenden wir die mathematische Formel des zweiten Newtonschen Gesetzes:
Wir lösen nach der Beschleunigung:
Und wir setzen die Werte der Kraft und der Masse in die Formel ein, um die Beschleunigung des Körpers zu ermitteln:
