Wo Newtons erstes Gesetz verwendet wird. Newtonsche Gesetze der Mechanik. Das Prinzip der Überlagerung von Kräften

Die drei Gesetze von Sir Isaac Newton beschreiben die Bewegung massiver Körper und wie sie interagieren.

Während uns die Newtonschen Gesetze heute selbstverständlich erscheinen mögen, galten sie vor mehr als drei Jahrhunderten als revolutionär.

Inhalt:

Newton ist vielleicht am bekanntesten für seine Arbeiten zur Schwerkraft und Planetenbewegung. Vom Astronomen Edmond Halley vorgeladen, nachdem er zugegeben hatte, einige Jahre zuvor seinen Beweis für elliptische Bahnen verloren zu haben, veröffentlichte Newton seine Gesetze 1687 in seinem Originalwerk Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie), in dem er die Beschreibung formalisierte davon, wie massive Körper sich unter dem Einfluss äußerer Kräfte bewegen.

Bei der Formulierung seiner drei Gesetze vereinfachte Newton die Berufung auf massive Körper, indem er sie als mathematische Punkte ohne Größe oder Rotation betrachtete. Dies ermöglichte es ihm, Faktoren wie Reibung, Luftwiderstand, Temperatur, Materialeigenschaften usw. zu ignorieren und sich auf Phänomene zu konzentrieren, die nur durch Masse, Länge und Zeit beschrieben werden konnten. Daher können die drei Gesetze nicht verwendet werden, um die Genauigkeit des Verhaltens großer starrer oder verformbarer Objekte zu beschreiben. In vielen Fällen liefern sie jedoch geeignete genaue Annäherungen.

Newtonsche Gesetze

Newtons Gesetze beziehen sich auf die Bewegung massiver Körper in einem Trägheits-Bezugssystem, das manchmal als Newtonsches Bezugssystem bezeichnet wird, obwohl Newton selbst ein solches System nie beschrieben hat. Ein Inertialbezugssystem kann als dreidimensionales Koordinatensystem beschrieben werden, das entweder stationär oder gleichmäßig linear ist, d. h. weder beschleunigt noch rotiert. Er fand heraus, dass die Bewegung in einem solchen Trägheitsbezugssystem durch drei einfache Gesetze beschrieben werden kann.

Newtons erstes Bewegungsgesetz

Sie besagt: Wirken keine Kräfte auf den Körper oder wird ihre Wirkung kompensiert, so befindet sich dieser Körper in Ruhe oder in gleichförmiger geradliniger Bewegung. Es bedeutet einfach, dass die Dinge nicht von alleine starten, stoppen oder die Richtung ändern können.

Es bedarf einer Kraft, die von außen auf sie einwirkt, um eine solche Veränderung herbeizuführen. Diese Eigenschaft massiver Körper, Änderungen in ihrer Bewegung zu widerstehen, wird manchmal als Trägheit bezeichnet.

In der modernen Physik wird das erste Newtonsche Gesetz üblicherweise wie folgt formuliert:

Es gibt solche Bezugssysteme, sogenannte Trägheitssysteme, relativ zu denen sich materielle Punkte, wenn keine Kräfte auf sie einwirken (oder gegenseitig ausgeglichene Kräfte einwirken), in Ruhe oder in gleichförmiger geradliniger Bewegung befinden.

Newtons zweites Bewegungsgesetz

Beschreibt, was mit einem massiven Körper passiert, wenn eine äußere Kraft auf ihn einwirkt. Sie besagt: Die auf ein Objekt wirkende Kraft ist gleich der Masse dieses Objekts seiner Beschleunigung. Dies wird in mathematischer Form als F = ma geschrieben, wobei F die Kraft, m die Masse und a die Beschleunigung ist. Fettgedruckte Buchstaben zeigen an, dass Kraft und Beschleunigung Vektorgrößen sind, was bedeutet, dass sie sowohl Größe als auch Richtung haben. Die Kraft kann eine einzelne Kraft oder die Vektorsumme von mehr als einer Kraft sein, die die Nettokraft ist, nachdem alle Kräfte kombiniert wurden.

Wenn eine konstante Kraft auf einen massiven Körper wirkt, wird dieser beschleunigt, d.h. seine Geschwindigkeit ändert sich mit konstanter Rate. Im einfachsten Fall wird ein ruhendes Objekt durch eine Krafteinwirkung in Richtung der Kraft beschleunigt. Wenn sich das Objekt jedoch bereits in Bewegung befindet oder wenn die Situation von einem sich bewegenden Referenzrahmen aus betrachtet wird, kann es scheinen, als würde dieser Körper beschleunigen, verlangsamen oder die Richtung ändern, abhängig von der Richtung der Kraft und den Richtungen, in denen das Objekt und die Referenz liegen Rahmen bewegen sich relativ zueinander.

In der modernen Physik wird das zweite Newtonsche Gesetz üblicherweise wie folgt formuliert:

In einem Trägheitsbezugssystem ist die Beschleunigung, die ein materieller Punkt mit konstanter Masse erfährt, direkt proportional zur Resultierenden aller auf ihn wirkenden Kräfte und umgekehrt proportional zu seiner Masse.

Bei geeigneter Wahl der Maßeinheiten lässt sich dieses Gesetz als Formel schreiben:

Newtons drittes Bewegungsgesetz

Es heißt: Für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion. Dieses Gesetz beschreibt, was mit einem Körper passiert, wenn er eine Kraft auf einen anderen Körper ausübt. Kräfte treten immer paarweise auf, wenn also ein Körper einen anderen drückt, drückt der andere Körper genauso stark zurück. Wenn Sie zum Beispiel den Karren schieben, schiebt sich der Karren von Ihnen weg; wenn du am Seil ziehst, fällt das Seil auf dich zurück; Wenn die Schwerkraft Sie zum Boden zieht, drückt der Boden Sie und während die Rakete ihren Treibsatz dahinter zündet, drückt das sich ausdehnende Abgas auf die Rakete und bewirkt, dass sie beschleunigt.

Wenn ein Objekt viel, viel massiver als das andere ist, insbesondere wenn das erste Objekt an der Erde verankert ist, wird praktisch die gesamte Beschleunigung auf das zweite Objekt übertragen, und die Beschleunigung des ersten Objekts kann getrost ignoriert werden Wenn Sie beispielsweise einen Ball nach Westen werfen, müssen Sie nicht bedenken, dass Sie die Erde tatsächlich schneller drehen lassen, während der Ball in der Luft war. Wenn Sie jedoch auf Rollschuhen sind und eine Bowlingkugel werfen, werden Sie beginnen, sich mit einer merklichen Geschwindigkeit rückwärts zu bewegen.

In der modernen Physik wird das dritte Newtonsche Gesetz üblicherweise wie folgt formuliert:

Materielle Punkte interagieren durch Kräfte gleicher Art miteinander, die entlang der geraden Linie gerichtet sind, die diese Punkte verbindet, gleich groß und in entgegengesetzter Richtung:

Die drei Gesetze wurden in den letzten drei Jahrhunderten durch unzählige Experimente getestet und werden heute noch häufig verwendet, um die Arten von Objekten und Geschwindigkeiten zu beschreiben, denen wir im täglichen Leben begegnen. Sie bilden die Grundlage dessen, was heute als klassische Mechanik bekannt ist, nämlich die Untersuchung massiver Objekte, die größer sind als die sehr kleinen Skalen, die von der Quantenmechanik betrachtet werden, und die sich langsamer bewegen als die sehr hohen Geschwindigkeiten der relativistischen Mechanik.

Ohne äußere Krafteinwirkung bewegt sich der Körper weiterhin gleichmäßig geradlinig.

Die Beschleunigung eines bewegten Körpers ist proportional zur Summe der auf ihn wirkenden Kräfte und umgekehrt proportional zu seiner Masse.

Jede Aktion hat eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion.

Die Newtonschen Gesetze repräsentieren je nach Betrachtungsweise entweder das Ende vom Anfang oder den Anfang vom Ende der klassischen Mechanik. In jedem Fall ist dies ein Wendepunkt in der Geschichte der Naturwissenschaften - eine brillante Zusammenstellung aller Erkenntnisse, die sich in diesem historischen Moment über die Bewegung physischer Körper angesammelt haben, im Rahmen einer physikalischen Theorie, die heute allgemein genannt wird klassische Mechanik. Man kann sagen, dass die Geschichte der modernen Physik und der Naturwissenschaften im Allgemeinen mit den Newtonschen Bewegungsgesetzen begann.

Allerdings hat Isaac Newton die nach ihm benannten Gesetze nicht aus dem Nichts genommen. Sie wurden in der Tat zum Höhepunkt eines langen historischen Prozesses zur Formulierung der Prinzipien der klassischen Mechanik. Denker und Mathematiker - wir erwähnen nur Galileo ( cm. Gleichungen der gleichförmig beschleunigten Bewegung) - man versuchte jahrhundertelang, Formeln zur Beschreibung der Bewegungsgesetze materieller Körper abzuleiten - und stolperte immer wieder über das, was ich für mich persönlich unausgesprochene Konventionen nenne, nämlich beides grundlegende Vorstellungen darüber, welche Prinzipien der materiellen Welt zugrunde liegen an, die so fest in die Köpfe der Menschen eingedrungen sind, dass sie unbestreitbar scheinen. Zum Beispiel dachten die alten Philosophen nicht einmal, dass sich Himmelskörper auf anderen als kreisförmigen Umlaufbahnen bewegen können; bestenfalls entstand die Idee, dass Planeten und Sterne auf konzentrischen (also ineinander verschachtelten) Kugelbahnen um die Erde kreisen. Warum? Ja, denn seit der Zeit der antiken Denker des antiken Griechenlands ist niemandem in den Sinn gekommen, dass die Planeten von der Perfektion abweichen können, deren Verkörperung ein strenger geometrischer Kreis ist. Es war das Genie von Johannes Kepler notwendig, um dieses Problem ehrlich aus einem anderen Blickwinkel zu betrachten, die Daten echter Beobachtungen zu analysieren und zu analysieren zurückziehen davon, dass die Planeten in Wirklichkeit auf elliptischen Bahnen um die Sonne kreisen ( cm. Keplersche Gesetze).

Newtons erstes Gesetz

Angesichts eines so schwerwiegenden historischen Misserfolgs ist Newtons erstes Gesetz eindeutig revolutionär formuliert. Er argumentiert, dass, wenn ein materielles Teilchen oder ein Körper einfach nicht berührt wird, es sich von selbst weiter in einer geraden Linie mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegen wird. Bewegt sich ein Körper gleichmäßig geradlinig, bewegt er sich mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig weiter. Wenn der Körper in Ruhe ist, bleibt er so, bis äußere Kräfte auf ihn einwirken. Um den physischen Körper einfach von seinem Platz zu bewegen, müssen Sie Notwendigäußere Kraft anwenden. Nehmen Sie ein Flugzeug: Es wird sich nicht bewegen, bis die Triebwerke gestartet sind. Es scheint, dass die Beobachtung selbstverständlich ist, aber sobald wir von der geradlinigen Bewegung abschweifen, hört es auf, so zu erscheinen. Wenn sich ein Körper entlang einer geschlossenen zyklischen Bahn bewegt, ermöglicht seine Analyse vom Standpunkt des ersten Newtonschen Gesetzes nur eine genaue Bestimmung seiner Eigenschaften.

Stellen Sie sich so etwas wie einen Leichtathletikhammer vor – eine Kugel am Ende einer Schnur, die Sie um Ihren Kopf drehen. Der Kern bewegt sich in diesem Fall nicht geradlinig, sondern kreisförmig, was bedeutet, dass ihn nach Newtons erstem Gesetz etwas hält; Dieses „Etwas“ ist die Zentripetalkraft, die Sie auf den Kern anwenden und ihn drehen. Tatsächlich können Sie es selbst spüren - der Griff eines Leichtathletikhammers drückt spürbar auf Ihre Handflächen. Wenn Sie Ihre Hand öffnen und den Hammer loslassen, wird er – ohne äußere Kräfte – sofort in einer geraden Linie abheben. Es wäre genauer zu sagen, dass sich der Hammer unter idealen Bedingungen (z. B. im Weltraum) so verhält, da er unter dem Einfluss der Anziehungskraft der Erde nur in einer streng geraden Linie fliegt In dem Moment, in dem Sie es loslassen, und in Zukunft wird die Flugbahn alle mehr in Richtung der Erdoberfläche abweichen. Wenn Sie versuchen, den Hammer wirklich loszulassen, stellt sich heraus, dass der von der kreisförmigen Umlaufbahn freigegebene Hammer streng in einer geraden Linie abhebt, die tangential (senkrecht zum Radius des Kreises, entlang dem er gedreht wurde) mit einer linearen Geschwindigkeit ist gleich der Umlaufgeschwindigkeit entlang der „Umlaufbahn“.

Jetzt ersetzen wir den Kern des Leichtathletikhammers durch einen Planeten, den Hammer durch die Sonne und die Schnur durch die Anziehungskraft der Schwerkraft: Hier ist das Newtonsche Modell des Sonnensystems.

Eine solche Analyse dessen, was passiert, wenn sich ein Körper auf einer Kreisbahn um einen anderen dreht, scheint auf den ersten Blick etwas Selbstverständliches zu sein, aber vergessen Sie nicht, dass sie eine Reihe von Schlussfolgerungen der besten Vertreter des wissenschaftlichen Denkens der vorherigen Generation aufnahm ( es genügt, an Galileo Galilei zu erinnern). Das Problem hierbei ist, dass ein Himmelskörper (und jeder andere) bei der Bewegung entlang einer stationären kreisförmigen Umlaufbahn sehr ruhig aussieht und sich in einem Zustand eines stabilen dynamischen und kinematischen Gleichgewichts zu befinden scheint. Allerdings nur, wenn man es sich anschaut Modul(Absolutwert) der linearen Geschwindigkeit eines solchen Körpers, während seine Richtung sich ständig unter dem Einfluss der Gravitationsanziehung ändert. Das bedeutet, dass sich der Himmelskörper bewegt gleichmäßig beschleunigt. Übrigens nannte Newton selbst die Beschleunigung "eine Bewegungsänderung".

Newtons erstes Gesetz spielt noch eine weitere wichtige Rolle im Hinblick auf unsere wissenschaftliche Einstellung zur Natur der materiellen Welt. Er sagt uns, dass jede Veränderung in der Art der Bewegung des Körpers auf das Vorhandensein äußerer Kräfte hinweist, die auf ihn einwirken. Relativ gesehen können wir ruhig werden, wenn wir zum Beispiel Eisenspäne beobachten, die hochspringen und an einem Magneten haften bleiben, oder wenn wir Kleider aus dem Trockner einer Waschmaschine nehmen und feststellen, dass Dinge zusammenkleben und aneinander trocknen und zuversichtlich: Diese Effekte sind eine Folge der Wirkung natürlicher Kräfte geworden (in den angegebenen Beispielen sind dies die Kräfte der magnetischen bzw. elektrostatischen Anziehung).

Newtons zweites Gesetz

Wenn uns das erste Newtonsche Gesetz hilft festzustellen, ob ein Körper unter dem Einfluss äußerer Kräfte steht, dann beschreibt das zweite Gesetz, was mit einem physischen Körper unter ihrem Einfluss passiert. Je größer die Summe der auf den Körper wirkenden äußeren Kräfte ist, sagt dieses Gesetz, desto größer Beschleunigung bekommt einen Körper. Diesmal. Je massiver der Körper ist, auf den eine gleiche Summe äußerer Kräfte einwirkt, desto weniger Beschleunigung erhält er gleichzeitig. Das ist zwei. Intuitiv scheinen diese beiden Tatsachen selbstverständlich, und in mathematischer Form werden sie wie folgt geschrieben:

F = ma

wo F- Stärke, m - Gewicht, aber - Beschleunigung. Dies ist wahrscheinlich die nützlichste und am weitesten verbreitete für angewandte Zwecke aller physikalischen Gleichungen. Es genügt, die Größe und Richtung aller in einem mechanischen System wirkenden Kräfte und die Masse der materiellen Körper, aus denen es besteht, zu kennen, und es ist möglich, sein zeitliches Verhalten mit erschöpfender Genauigkeit zu berechnen.

Es ist Newtons zweites Gesetz, das der gesamten klassischen Mechanik ihren besonderen Reiz verleiht – es scheint, als ob die gesamte physikalische Welt wie das genaueste Chronometer angeordnet ist und nichts darin dem Blick eines neugierigen Beobachters entgeht. Geben Sie mir die räumlichen Koordinaten und Geschwindigkeiten aller materiellen Punkte im Universum, als ob Newton es uns sagen würde, zeigen Sie mir die Richtung und Intensität aller darin wirkenden Kräfte, und ich werde Ihnen jeden zukünftigen Zustand davon vorhersagen. Und eine solche Sicht der Natur der Dinge im Universum existierte bis zum Aufkommen der Quantenmechanik.

Newtons drittes Gesetz

Für dieses Gesetz verdiente sich Newton höchstwahrscheinlich Ehre und Respekt nicht nur von Naturwissenschaftlern, sondern auch von Geisteswissenschaftlern und einfach der breiten Öffentlichkeit. Sie zitieren ihn gerne (beruflich und privat), ziehen die breitesten Parallelen zu dem, was wir in unserem täglichen Leben beobachten müssen, und ziehen fast an den Ohren, um die umstrittensten Bestimmungen in Diskussionen über alle Themen zu untermauern, beginnend mit zwischenmenschlichen und endet mit internationalen Beziehungen und globaler Politik. Newton jedoch gab seinem später als drittes Gesetz bezeichneten Gesetz eine völlig spezifische physikalische Bedeutung und begriff es kaum in einer anderen Eigenschaft als als ein genaues Mittel zur Beschreibung der Natur von Kraftwechselwirkungen. Dieses Gesetz besagt, dass, wenn Körper A mit einer bestimmten Kraft auf Körper B wirkt, Körper B auch mit einer gleichen und entgegengesetzten Kraft auf Körper A einwirkt. Mit anderen Worten, wenn Sie auf dem Boden stehen, wirken Sie mit einer Kraft auf den Boden ein, die proportional zu Ihrer Körpermasse ist. Nach Newtons drittem Gesetz wirkt der Boden gleichzeitig mit absolut gleicher Kraft auf Sie ein, jedoch nicht nach unten, sondern streng nach oben gerichtet. Es ist nicht schwer, dieses Gesetz experimentell zu überprüfen: Sie spüren ständig, wie die Erde auf Ihre Fußsohlen drückt.

Hier ist es wichtig zu verstehen und sich daran zu erinnern, dass Newton von zwei Kräften völlig unterschiedlicher Natur spricht, und jede Kraft wirkt auf „ihren eigenen“ Gegenstand. Wenn ein Apfel von einem Baum fällt, ist es die Erde, die ihre Anziehungskraft auf den Apfel ausübt (wodurch der Apfel mit gleichmäßiger Beschleunigung auf die Erdoberfläche stürzt), aber gleichzeitig zieht der Apfel auch die Erde an selbst mit gleicher Kraft. Und dass es uns so vorkommt, als ob der Apfel auf die Erde fällt und nicht umgekehrt, ist bereits eine Folge des zweiten Newtonschen Gesetzes. Die Masse eines Apfels ist im Vergleich zur Masse der Erde bis zur Unvergleichlichkeit gering, so dass gerade seine Beschleunigung für das Auge des Betrachters wahrnehmbar ist. Die Masse der Erde ist im Vergleich zur Masse eines Apfels riesig, sodass ihre Beschleunigung kaum wahrnehmbar ist. (Falls ein Apfel fällt, verschiebt sich der Erdmittelpunkt nach oben auf eine Entfernung, die kleiner ist als der Radius des Atomkerns.)

Zusammengenommen haben die drei Newtonschen Gesetze den Physikern die Werkzeuge an die Hand gegeben, die sie benötigen, um mit einer umfassenden Beobachtung aller in unserem Universum auftretenden Phänomene zu beginnen. Und trotz all der enormen Fortschritte in der Wissenschaft seit Newton wendet man immer noch die drei Newtonschen Gesetze an, um ein neues Auto zu entwerfen oder ein Raumschiff zum Jupiter zu schicken.

Siehe auch:

1609, 1619

Keplers Gesetze

1659

Zentrifugalkraft

1668

Gesetz der Erhaltung des linearen Impulses

1736

Gesetz der Erhaltung des Drehimpulses

1738

Bernoulli-Gleichung

1835

Corioliskraft

1851

Begrenzung der Fallrate

1891

Grundsatz der Äquivalenz

1923

Konformitätsprinzip

Isaac Newton, 1642-1727

Ein Engländer, der allgemein von vielen als der größte Wissenschaftler aller Zeiten und Völker angesehen wird. Geboren in einer Familie kleiner Landadliger in der Nähe von Woolsthorpe (Lincolnshire, England). Er fand seinen Vater nicht lebend (er starb drei Monate vor der Geburt seines Sohnes). Nach ihrer Wiederverheiratung überließ die Mutter den zweijährigen Isaac der Obhut seiner Großmutter. Viele Erforscher seiner Biografie führen das eigenartige exzentrische Verhalten eines bereits erwachsenen Wissenschaftlers darauf zurück, dass der Junge bis zum Alter von neun Jahren, als der Tod seines Stiefvaters folgte, der elterlichen Fürsorge völlig entzogen war.

Eine Zeit lang studierte der junge Isaac die Weisheit der Landwirtschaft an einer Handelsschule. Wie so oft bei späteren großen Männern ranken sich noch viele Legenden um seine Exzentrizitäten in dieser frühen Zeit seines Lebens. So sagen sie insbesondere, dass er einmal zum Weiden geschickt wurde, um Vieh zu bewachen, das sich sicher in eine unbekannte Richtung zerstreute, während der Junge unter einem Baum saß und begeistert ein Buch las, das ihn interessierte. Ob Sie es mögen oder nicht, aber der Wissensdurst des Teenagers wurde bald bemerkt – und zurück an das Grantham-Gymnasium geschickt, wonach der junge Mann erfolgreich das Trinity College der Universität Cambridge betrat.

Newton beherrschte schnell den Lehrplan und studierte die Werke der führenden Wissenschaftler der Zeit, insbesondere der Anhänger des französischen Philosophen René Descartes (1596-1650), der eine mechanistische Sicht des Universums vertrat. Im Frühjahr 1665 erhielt er seinen Bachelor-Abschluss – und dann passierten die unglaublichsten Ereignisse der Wissenschaftsgeschichte. Im selben Jahr brach in England die letzte Beulenpest aus, das Läuten der Totenglocken war vermehrt zu hören und die Universität von Cambridge wurde geschlossen. Newton kehrte für fast zwei Jahre nach Woolsthorpe zurück und nahm nur ein paar Bücher und obendrein seine bemerkenswerte Intelligenz mit.

Als die University of Cambridge zwei Jahre später wiedereröffnet wurde, hatte Newton bereits (1) die Differentialrechnung entwickelt, einen eigenen Zweig der Mathematik, (2) die Grundlagen der modernen Farbtheorie skizziert, (3) das Gesetz der universellen Gravitation abgeleitet und (4 ) löste mehrere mathematische Probleme, die vor ihm aufgetreten waren, aber niemand konnte sich entscheiden. Wie Newton selbst sagte: „Damals war ich auf dem Höhepunkt meiner Erfindungskraft, und Mathematik und Philosophie haben mich seitdem nie mehr so gefesselt wie damals.“ (Oft frage ich meine Schüler und erzähle ihnen noch einmal von Newtons Leistungen: „Was Sie hast du es in den Sommerferien geschafft?”)

Kurz nach seiner Rückkehr nach Cambridge wurde Newton in den Akademischen Rat des Trinity College gewählt, und eine Statue von ihm schmückt noch heute die Universitätskirche. Er hielt eine Vorlesung über Farbtheorie, in der er zeigte, dass Farbunterschiede durch die grundlegenden Eigenschaften einer Lichtwelle (oder wie sie heute sagen: Wellenlänge) erklärt werden und dass Licht korpuskulärer Natur ist. Er entwarf auch ein Spiegelteleskop, eine Erfindung, die ihm die Aufmerksamkeit der Royal Society einbrachte. Langzeitstudien über Licht und Farben wurden 1704 in seinem grundlegenden Werk „Optik“ veröffentlicht ( Optik).

Newtons Eintreten für die „falsche“ Lichttheorie (damals dominierten Wellendarstellungen) führte zu einem Konflikt mit Robert Hooke ( cm. Hookesches Gesetz), Leiter der Royal Society. Als Antwort schlug Newton eine Hypothese vor, die Korpuskular- und Wellenkonzepte des Lichts kombinierte. Hooke beschuldigte Newton des Plagiats und beanspruchte die Priorität dieser Entdeckung. Der Konflikt dauerte bis zu Hookes Tod im Jahr 1702 und machte einen so deprimierenden Eindruck auf Newton, dass er sich für sechs Jahre aus dem geistigen Leben zurückzog. Einige Psychologen dieser Zeit erklären dies jedoch mit einem Nervenzusammenbruch, der sich nach dem Tod seiner Mutter verschlimmerte.

1679 kehrte Newton zur Arbeit zurück und erlangte Berühmtheit, indem er die Bahnen der Planeten und ihrer Satelliten untersuchte. Als Ergebnis dieser Studien, auch begleitet von Prioritätsstreitigkeiten mit Hooke, wurden das Gesetz der universellen Gravitation und die Newtonschen Gesetze der Mechanik, wie wir sie heute nennen, formuliert. Newton fasste seine Forschungen in dem Buch „Mathematical Principles of Natural Philosophy“ zusammen ( Philosophiae naturalis principia mathematica), 1686 der Royal Society vorgelegt und ein Jahr später veröffentlicht. Diese Arbeit, die den Beginn der damaligen wissenschaftlichen Revolution markierte, brachte Newton weltweite Anerkennung ein.

Seine religiösen Ansichten, sein starkes Festhalten am Protestantismus lenkten auch die Aufmerksamkeit von Newton auf die Aufmerksamkeit weiter Kreise der englischen intellektuellen Elite, insbesondere des Philosophen John Locke (John Locke, 1632-1704). Newton verbrachte immer mehr Zeit in London, beteiligte sich am politischen Leben der Hauptstadt und wurde 1696 zum Superintendenten der Münze ernannt. Obwohl diese Position traditionell als Sinekure galt, ging Newton seine Arbeit mit aller Ernsthaftigkeit an und betrachtete die Neuprägung englischer Münzen als wirksame Maßnahme im Kampf gegen Fälscher. Just zu dieser Zeit war Newton in einen weiteren Prioritätenstreit verwickelt, diesmal mit Gottfreid Leibniz (1646-1716), um die Entdeckung der Differentialrechnung. Am Ende seines Lebens produzierte Newton neue Ausgaben seiner Hauptwerke und diente auch als Präsident der Royal Society, während er eine lebenslange Position als Direktor der Münze innehatte.

Im Schulphysikkurs werden die drei Newtonschen Gesetze studiert, die die Grundlage der klassischen Mechanik bilden. Heute kennt sie jedes Schulkind, doch zu Zeiten des großen Wissenschaftlers galten solche Entdeckungen als revolutionär. Die Newtonschen Gesetze werden im Folgenden kurz und anschaulich beschrieben, sie helfen nicht nur die Grundlagen der Mechanik und der Wechselwirkung von Objekten zu verstehen, sondern helfen auch dabei, Daten als Gleichung zu schreiben.

Zum ersten Mal beschrieb Issac Newton die drei Gesetze in seinem Werk „The Mathematical Principles of Natural Philosophy“ (1867), das nicht nur die eigenen Schlussfolgerungen des Wissenschaftlers, sondern das gesamte Wissen zu diesem Thema, das von anderen Philosophen und Mathematikern entdeckt wurde, detailliert darlegte. So wurde die Arbeit zu einem grundlegenden Element in der Geschichte der Mechanik und später der Physik. Es berücksichtigt die Bewegung und Wechselwirkung massiver Körper.

Interessant zu wissen! Isaac Newton war nicht nur ein begabter Physiker, Mathematiker und Astronom, sondern galt auch als Genie der Mechanik. Er diente als Präsident der Royal Society of London.

Jede Aussage beleuchtet eine der Interaktions- und Bewegungssphären von Objekten in der Natur, obwohl die Berufung auf sie von Newton etwas abgeschafft wurde und sie als Punkte ohne bestimmte Größe (mathematisch) akzeptiert wurden.

Es war diese Vereinfachung, die es ermöglichte, natürliche physikalische Phänomene zu ignorieren: Luftwiderstand, Reibung, Temperatur oder andere physikalische Indikatoren des Objekts.

Die gewonnenen Daten konnten nur in Zeit, Masse oder Länge beschrieben werden. Aus diesem Grund liefern Newtons Formulierungen nur geeignete, aber ungefähre Werte, die nicht verwendet werden können, um die genaue Reaktion großer oder variabler Objekte zu beschreiben.

Die Bewegung von massiven Objekten, die an den Definitionen beteiligt sind, wird normalerweise in Inertial berechnet, dargestellt als ein dreidimensionales Koordinatensystem, und gleichzeitig erhöht es seine Geschwindigkeit nicht und dreht sich nicht um seine Achse.

Es wird oft als Newtons Bezugsrahmen bezeichnet, aber gleichzeitig hat der Wissenschaftler nie ein solches System geschaffen oder verwendet, sondern ein irrationales. In diesem System können sich Körper bewegen, wie Newton es beschreibt.

Erstes Gesetz

Es heißt Trägheitsgesetz. Es gibt keine praktische Formel dafür, aber es gibt mehrere Formulierungen. Physik-Lehrbücher bieten folgende Formulierung des ersten Newtonschen Gesetzes: Es gibt Trägheitsbezugssysteme, in Bezug auf die ein Objekt, wenn es frei von der Einwirkung irgendwelcher Kräfte ist (oder diese sofort kompensiert werden), vollständig ruht oder sich bewegt eine gerade Linie und mit der gleichen Geschwindigkeit. Was bedeutet diese Definition und wie ist sie zu verstehen?

Vereinfacht erklärt sich Newtons erstes Gesetz wie folgt: Jeder Körper bleibt, wenn er nicht berührt und in keiner Weise beeinflusst wird, ständig in Ruhe, das heißt, er bleibt für immer an Ort und Stelle. Dasselbe passiert, wenn es sich bewegt: Es bewegt sich auf unbestimmte Zeit gleichmäßig entlang einer bestimmten Flugbahn, bis es von etwas beeinflusst wird.

Eine ähnliche Aussage wurde von Galileo Galilei geäußert, konnte dieses Phänomen jedoch nicht klären und genau beschreiben. Bei dieser Formulierung ist es wichtig, richtig zu verstehen, was Trägheitsbezugsrahmen sind. In sehr einfachen Worten ist dies ein System, in dem die Aktion dieser Definition ausgeführt wird.

In der Welt kann man eine riesige Vielfalt solcher Systeme sehen, wenn man das Uhrwerk beobachtet:

Züge auf einem bestimmten Abschnitt mit der gleichen Geschwindigkeit;
Monde um die Erde;
Riesenräder im Park.

Betrachten Sie als Beispiel einen Fallschirmspringer, der seinen Fallschirm bereits geöffnet hat und sich geradlinig und gleichzeitig gleichförmig zur Erdoberfläche bewegt. Die Bewegung einer Person wird nicht aufhören, bis die Schwerkraft der Erde durch die Bewegung und den Luftwiderstand kompensiert ist. Sobald dieser Widerstand abnimmt, nimmt die Anziehungskraft zu, was zu einer Änderung der Geschwindigkeit des Fallschirmspringers führt - seine Bewegung wird geradlinig und gleichmäßig beschleunigt.

In Bezug auf diese Formulierung gibt es eine Apfellegende: Isaac ruhte im Garten unter einem Apfelbaum und dachte über physikalische Phänomene nach, als ein reifer Apfel vom Baum fiel und ins Gras fiel. Es war der gleichmäßige Fall, der den Wissenschaftler dazu zwang, dieses Thema zu untersuchen und schließlich eine wissenschaftliche Erklärung für die Bewegung eines Objekts in einem bestimmten Bezugsrahmen zu geben.

Interessant zu wissen! Neben den drei Phänomenen in der Mechanik erklärte Isaac Newton auch die Bewegung des Mondes als Satellit der Erde, schuf die Korpuskulartheorie des Lichts und zerlegte den Regenbogen in 7 Farben.

Zweites Gesetz

Diese wissenschaftliche Begründung betrifft nicht nur die Bewegung von Objekten im Raum, sondern auch ihre Interaktion mit anderen Objekten und die Ergebnisse dieses Prozesses.

Das Gesetz besagt: Eine Zunahme der Geschwindigkeit eines Objekts mit einer konstanten Masse in einem Trägheitsbezugssystem ist direkt proportional zur Aufprallkraft und umgekehrt proportional zur konstanten Masse des sich bewegenden Objekts.

Einfach ausgedrückt, wenn es einen bestimmten sich bewegenden Körper gibt, dessen Masse sich nicht ändert, und plötzlich eine äußere Kraft auf ihn einzuwirken beginnt, beginnt er zu beschleunigen. Die Beschleunigungsrate hängt jedoch direkt vom Aufprall und umgekehrt von der Masse des sich bewegenden Objekts ab.

Stellen Sie sich zum Beispiel einen Schneeball vor, der einen Berg hinunterrollt. Wenn der Ball in Bewegungsrichtung gestoßen wird, hängt die Beschleunigung des Balls von der Kraft des Aufpralls ab: Je größer er ist, desto größer ist die Beschleunigung. Aber je größer die Masse dieser Kugel ist, desto geringer wird die Beschleunigung sein. Dieses Phänomen wird durch eine Formel beschrieben, die die Beschleunigung oder "a", die resultierende Masse aller wirkenden Kräfte, oder "F", sowie die Masse des Objekts selbst, oder "m", berücksichtigt:

Es sollte klargestellt werden, dass diese Formel nur existieren kann, wenn die Resultierende aller Kräfte nicht kleiner und nicht gleich Null ist. Das Gesetz gilt nur für Körper, die sich mit einer Geschwindigkeit unter Licht bewegen.

Nützliches Video: Newtons erstes und zweites Gesetz

Drittes Gesetz

Viele haben den Ausdruck gehört: "Auf jede Aktion gibt es eine Reaktion." Es wird oft nicht nur für allgemeine Bildungszwecke, sondern auch für Bildungszwecke verwendet, um zu erklären, dass es für jede Kraft einen großen gibt.

Diese Formulierung stammt aus einer anderen wissenschaftlichen Aussage von Isaac Newton, oder besser gesagt, seinem dritten Gesetz, das die Wechselwirkung verschiedener Kräfte in der Natur in Bezug auf jeden Körper erklärt.

Newtons drittes Gesetz hat die folgende Definition: Objekte beeinflussen sich gegenseitig mit Kräften gleicher Art (die die Massen von Objekten verbinden und entlang einer geraden Linie gerichtet sind), die in ihren Modulen gleich und gleichzeitig in verschiedene Richtungen gerichtet sind. Diese Formulierung klingt ziemlich kompliziert, aber es ist leicht, das Gesetz in einfachen Worten zu erklären: Jede Kraft hat ihren eigenen Widerstand oder eine gleiche Kraft, die in die entgegengesetzte Richtung gerichtet ist.

Es wird viel einfacher, den Sinn des Gesetzes zu verstehen, wenn wir als Beispiel eine Kanone nehmen, aus der Schüsse abgefeuert werden. Die Kanone wirkt auf das Projektil mit der gleichen Kraft, mit der das Projektil auf die Kanone einwirkt. Dies wird durch eine leichte Bewegung der Kanone während des Schusses bestätigt, die die Wirkung der Kanonenkugel auf die Waffe bestätigt. Nehmen wir als Beispiel denselben Apfel, der zu Boden fällt, wird deutlich, dass Apfel und Erde mit gleicher Kraft aufeinander einwirken.

Das Gesetz hat auch eine mathematische Definition, die die Kraft des ersten Körpers (F1) und des zweiten (F2) verwendet:

Das Minuszeichen zeigt an, dass die Kraftvektoren zweier unterschiedlicher Körper in entgegengesetzte Richtungen gerichtet sind. Gleichzeitig ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass sich diese Kräfte nicht gegenseitig kompensieren, da sie relativ zu zwei Körpern und nicht zu einem gerichtet sind.

Nützliches Video: Die 3 Newtonschen Gesetze am Beispiel eines Fahrrads

Ausgabe

Diese Newtonschen Gesetze müssen kurz und anschaulich jedem Erwachsenen bekannt sein, da sie die Grundlage der Mechanik sind und im Alltag wirken, auch wenn diese Muster nicht unter allen Bedingungen eingehalten werden. Sie wurden zu Axiomen in der klassischen Mechanik, und auf ihrer Grundlage wurden die Bewegungs- und Energiegleichungen (Impulserhaltung und Erhaltung der mechanischen Energie) erstellt.

In Kontakt mit

Die Erklärung der Newtonschen Gesetze ist der wichtigste Schritt zum Verständnis der klassischen Mechanik. Es gibt drei davon: Trägheit, Bewegung und Interaktion von Körpern.

Zu Newtons Zeit hatte sich bereits eine große Menge an Beobachtungen mechanischer Prozesse angesammelt. Schiffe, Gebäude, Manufakturen wurden gebaut. Werkzeugmaschinen und Mechanismen für die Produktion, Artilleriegeschütze für die Vision des Krieges wurden entwickelt. Bereits die wissenschaftlichen Arbeiten von Galileo, Descartes, Borelli enthielten alle notwendigen Grundlagen, um die Grundgesetze der klassischen Mechanik abzuleiten. Heute gilt jedes Newtonsche Gesetz als Axiom, das auf den verallgemeinerten Ergebnissen zahlreicher Experimente basiert.

Newtons erstes Gesetz

Newton schrieb, dass es Trägheitsbezugssysteme gibt, in denen sich Körper gerade und gleichmäßig bewegen, wenn keine Kräfte einwirken oder wenn die Wirkung dieser Kräfte kompensiert wurde.

Angenommen, es gibt einen Ball und eine absolut ebene Oberfläche, vernachlässigen wir die Kräfte des Luftwiderstands und der Reibung. Wenn wir es unter solchen Bedingungen schieben, rollt der Ball für immer, ohne die Geschwindigkeit zu ändern. Der Grund liegt in der Trägheit – der Fähigkeit des Balls, die Geschwindigkeit in Größe und Richtung beizubehalten, ohne dass ein Aufprall auf ihn einwirkt. Natürlich treten solche Bedingungen in der Realität nicht auf. Die Oberfläche des Ballons reibt an der Straßenoberfläche, muss den Luftwiderstand überwinden oder mit anderen Faktoren wie Wind kollidieren.

Newton war nicht der erste, der dieses Gesetz formulierte. Vor ihm schrieb Galileo Galilei, dass der Körper ohne äußere Kräfte entweder ruht oder sich gleichförmig bewegt. Aber er war es, der das gesamte Wissen auf diesem Gebiet in einem einzigen zusammenfasste

Newtons zweites Gesetz

Das zweite Newtonsche Gesetz besagt, dass die Beschleunigung eines Objekts im oben beschriebenen Trägheitssystem umgekehrt proportional zu seiner Masse und direkt proportional zur Größe der ausgeübten Kraft ist. Das heißt, es wird ein Zusammenhang zwischen der auf das Objekt wirkenden Kraft, der Beschleunigung und seiner Masse hergestellt.

Dabei ist a die Beschleunigung, F die aufgebrachte Kraft und m die Masse.

Wenn es mehrere Kräfte gibt, spiegelt sich dies in der Formel als Vektorsumme der Indikatoren F wider.

Nehmen wir dieses Gesetz als Beispiel. In Wirklichkeit ändert sich die Geschwindigkeit des Balls ständig, er kann sich aus irgendeinem Grund verlangsamen oder beschleunigen. Dies geschieht in dem Moment, in dem eine bestimmte Kraft auf sie einzuwirken beginnt. Wenn die Änderung reibungslos erfolgt, wird eine solche Bewegung als gleichmäßig beschleunigt bezeichnet. Beim Fallen unterliegen alle Objekte einer freien Fallbeschleunigung, die einem konstanten Wert g entspricht, sodass sie sich mit gleichmäßiger Beschleunigung bewegen. Dies ist auf die Wirkung der Schwerkraft zurückzuführen.

Interessant zu wissen!

gelöst wie andere Aufgaben in der Physik. Daher passen wir den üblichen Algorithmus an. Dazu müssen Sie genau verstehen, was die Bewegung von Körpern ist. Dies ist eine Änderung ihrer Position im Raum. Zur Auswertung operieren sie mit den Begriffen Geschwindigkeit, Zeit, Entfernung, Anzahl der Objekte.

Es sollte beachtet werden, dass das dritte Newtonsche Gesetz nur dann verwendet wird, wenn sich Objekte mit einer Geschwindigkeit bewegen, die viel niedriger als die Lichtgeschwindigkeit ist. Der Begriff "Körper" wird heute durch ein Konzept wie "materieller Punkt" ersetzt, das ist etwas, das keine Rotationsbewegungen ausführen kann.

Newtons drittes Gesetz

Die Beschreibung dieses Gesetzes besagt, dass die Wechselwirkung zweier Objekte untereinander gleich und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet ist. Das heißt, wenn eine Kraft auf einen Gegenstand wirkt, dann gibt es notwendigerweise einen zweiten materiellen Punkt, der von einem Gegenstand mit einer dem Wert nach ähnlichen, aber in die andere Richtung gerichteten Kraft beeinflusst wird. Dieses Muster wird als Wechselwirkungsgesetz bezeichnet.

Geben wir ein Beispiel für die beschriebene Regelmäßigkeit. Es gibt zwei Karren. An einem befestigen wir eine elastische Metallplatte, die gebogen und mit einem Faden gebunden ist. Wir stellen den zweiten Wagen so auf, dass er mit der Plattenkante in Kontakt kommt und schneiden den Faden ab. Die in eine Art Feder verwandelte Platte richtet sich scharf auf und die Karren beginnen sich zu bewegen, nachdem sie eine Beschleunigung erhalten haben. Da ihre Masse identisch ist, sind Beschleunigung und Geschwindigkeit betragsmäßig gleich. Die Karren bewegen sich um die gleiche Strecke.

Lassen Sie uns den ersten der Karren beladen und wieder eine Art Feder aktivieren. Diesmal bewegen sie sich auf eine andere Entfernung, da die Beschleunigung des Wagens mit der Last einen geringeren Wert hat. Es kann festgestellt werden, dass je kleiner die darauf platzierte Last ist, desto größer ist die vom Objekt erlangte Beschleunigung.

Wobei F1 und F2 die Stärke jedes Typs bezeichnen. Die Multidirektionalität der Vektoren spiegelt das Minuszeichen wider.

In Erinnerung an die vorherigen Newton-Gesetze stellen wir fest, dass die Kräfte, die auftreten, wenn Objekte miteinander interagieren, aber auf verschiedene materielle Punkte angewendet werden, nicht miteinander ausgeglichen sind. Sie können nur ausgeglichen werden, wenn sie am selben Körper befestigt sind.

Viele Aufgaben bauen auf diesen Gesetzmäßigkeiten auf. Sie können in zwei Haupttypen eingeteilt werden:

Das Newtonsche Gesetz ist bekannt, es ist erforderlich, die Kräfte zu finden, die die Bewegung eines Objekts beeinflussen.
Bestimmen Sie das Newtonsche Gesetz, indem Sie wissen, was das Objekt beeinflusst.

Newtonsche Gesetze- drei Gesetze, die der klassischen Mechanik zugrunde liegen und es ermöglichen, die Bewegungsgleichungen für jedes mechanische System zu schreiben, wenn die Kraftwechselwirkungen für seine konstituierenden Körper bekannt sind. Erstmals vollständig formuliert von Isaac Newton im Buch „Mathematical Principles of Natural Philosophy“ (1687)

Newtons erstes Gesetz postuliert die Existenz von Trägheitsbezugssystemen. Daher wird es auch als bezeichnet Trägheitsgesetz. Trägheit ist das Phänomen, dass der Körper die Bewegungsgeschwindigkeit (sowohl in Größe als auch in Richtung) beibehält, wenn keine Kräfte auf den Körper einwirken. Um die Geschwindigkeit eines Körpers zu ändern, muss mit einer gewissen Kraft auf ihn eingewirkt werden. Natürlich wird das Ergebnis der Einwirkung von Kräften gleicher Größe auf verschiedene Körper unterschiedlich sein. Man sagt also, dass Körper Trägheit haben. Trägheit ist die Eigenschaft von Körpern, einer Änderung ihrer Geschwindigkeit zu widerstehen. Der Trägheitswert wird durch die Körpermasse charakterisiert.

Moderne Formulierung

In der modernen Physik wird das erste Newtonsche Gesetz üblicherweise wie folgt formuliert:

Es gibt solche Bezugssysteme, sogenannte Trägheitssysteme, relativ zu denen ein materieller Punkt ohne äußere Einflüsse die Größe und Richtung seiner Geschwindigkeit auf unbestimmte Zeit beibehält.

Das Gesetz gilt auch in einer Situation, in der äußere Einflüsse vorhanden sind, sich jedoch gegenseitig kompensieren (dies folgt aus Newtons 2. Gesetz, da die kompensierten Kräfte dem Körper eine Gesamtbeschleunigung von Null verleihen).

Historische Formulierung

Newton formulierte in seinem Buch „Mathematical Principles of Natural Philosophy“ den ersten Hauptsatz der Mechanik in folgender Form:

Jeder Körper wird solange in einem Zustand der Ruhe oder gleichförmigen und geradlinigen Bewegung gehalten, bis und soweit er durch aufgebrachte Kräfte gezwungen wird, diesen Zustand zu ändern.

Aus heutiger Sicht ist eine solche Formulierung unbefriedigend. Zunächst sollte der Begriff „Körper“ durch den Begriff „materieller Punkt“ ersetzt werden, da ein Körper endlicher Dimensionen ohne äußere Kräfte auch eine Drehbewegung ausführen kann. Zweitens, und das ist am wichtigsten, stützte sich Newton in seiner Arbeit auf die Existenz eines absolut festen Referenzrahmens, dh absoluten Raum und absoluter Zeit, und die moderne Physik lehnt diese Idee ab. Andererseits ist das Trägheitsgesetz in einem beliebigen (z. B. rotierenden) Bezugsrahmen falsch. Daher muss die Newtonsche Formulierung geklärt werden.

Newtons zweites Gesetz

Das zweite Newtonsche Gesetz ist ein Differentialbewegungsgesetz, das den Zusammenhang zwischen der auf einen materiellen Punkt ausgeübten Kraft und der resultierenden Beschleunigung dieses Punktes beschreibt. Tatsächlich führt Newtons zweites Gesetz die Masse als Maß für die Manifestation der Trägheit eines materiellen Punktes in einem gewählten Trägheitsreferenzrahmen (ISR) ein.

In diesem Fall wird angenommen, dass die Masse eines materiellen Punktes zeitlich konstant und unabhängig von irgendwelchen Merkmalen seiner Bewegung und Wechselwirkung mit anderen Körpern ist.

Moderne Formulierung

Bei geeigneter Wahl der Maßeinheiten lässt sich dieses Gesetz als Formel schreiben:

wo ist die Beschleunigung des materiellen Punktes;
ist die auf den materiellen Punkt ausgeübte Kraft;
ist die Masse eines materiellen Punktes.

Auch das zweite Newtonsche Gesetz lässt sich in äquivalenter Form mit dem Impulsbegriff formulieren:

In einem Trägheitsbezugssystem ist die Änderungsrate des Impulses eines materiellen Punktes gleich der Resultierenden aller auf ihn einwirkenden äußeren Kräfte.

wo ist der Impuls des Punktes, ist seine Geschwindigkeit und ist die Zeit. Bei dieser Formulierung wird wie bei der vorherigen davon ausgegangen, dass die Masse eines materiellen Punktes zeitlich unverändert bleibt

Manchmal wird versucht, den Anwendungsbereich der Gleichung auf den Fall von Körpern mit variabler Masse zu erweitern. Neben einer so breiten Interpretation der Gleichung ist es jedoch erforderlich, die zuvor akzeptierten Definitionen erheblich zu modifizieren und die Bedeutung solcher grundlegender Konzepte wie zu ändern materieller Punkt, Impuls und Kraft.

Wenn mehrere Kräfte auf einen materiellen Punkt einwirken, lautet das zweite Newtonsche Gesetz unter Berücksichtigung des Superpositionsprinzips:

oder, wenn die Kräfte zeitunabhängig sind,

Das zweite Newtonsche Gesetz gilt nur für Geschwindigkeiten, die viel kleiner als die Lichtgeschwindigkeit sind, und in Trägheitsbezugssystemen. Für Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit werden die Gesetze der Relativitätstheorie verwendet.

Es ist unmöglich, einen Sonderfall (für ) des zweiten Hauptsatzes als Äquivalent des ersten zu betrachten, da der erste Hauptsatz die Existenz der IFR postuliert und der zweite bereits in der IFR formuliert ist.

Historische Formulierung

Newtons ursprüngliche Formulierung:

Die Impulsänderung ist proportional zur aufgebrachten Antriebskraft und erfolgt in Richtung der Geraden, entlang der diese Kraft wirkt.

Newtons drittes Gesetz

Dieses Gesetz erklärt, was mit zwei materiellen Punkten passiert. Nehmen wir zum Beispiel ein geschlossenes System, das aus zwei materiellen Punkten besteht. Der erste Punkt kann mit etwas Kraft auf den zweiten einwirken und der zweite mit der Kraft auf den ersten. Wie hängen die Kräfte zusammen? Das dritte Newtonsche Gesetz besagt, dass die Aktionskraft gleich groß und entgegengesetzt zur Reaktionskraft ist. Wir betonen, dass diese Kräfte auf unterschiedliche Materialpunkte wirken und daher überhaupt nicht kompensiert werden.

Moderne Formulierung

Materielle Punkte interagieren durch Kräfte gleicher Art miteinander, die entlang der geraden Linie gerichtet sind, die diese Punkte verbindet, gleich groß und in entgegengesetzter Richtung:

Das Gesetz spiegelt das Prinzip der Paarinteraktion wider.

Historische Formulierung

Aktion hat immer eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion, ansonsten sind die Wechselwirkungen zweier Körper aufeinander gleich und in entgegengesetzte Richtungen gerichtet.

Für die Lorentzkraft gilt das dritte Newtonsche Gesetz nicht. Erst durch eine Umformulierung als Impulserhaltungssatz in einem geschlossenen System von Teilchen und einem elektromagnetischen Feld kann man seine Gültigkeit wiederherstellen.

Schlussfolgerungen

Aus den Newtonschen Gesetzen folgen sofort einige interessante Schlussfolgerungen. Das dritte Newtonsche Gesetz besagt also, dass, egal wie die Körper interagieren, sie ihren Gesamtimpuls nicht ändern können: Es gibt ihn Gesetz der Impulserhaltung. Wenn wir ferner verlangen, dass das Wechselwirkungspotential zweier Körper nur vom Modul der Differenz in den Koordinaten dieser Körper abhängt, dann entsteht Gesetz der Erhaltung der gesamten mechanischen Energie interagierende Körper:

Die Newtonschen Gesetze sind die Grundgesetze der Mechanik. Aus ihnen lassen sich die Bewegungsgleichungen mechanischer Systeme ableiten. Allerdings lassen sich nicht alle Gesetze der Mechanik aus den Newtonschen Gesetzen ableiten. Beispielsweise sind das Gesetz der universellen Gravitation oder das Hookesche Gesetz keine Folgen der drei Newtonschen Gesetze.