Mechanik: Dynamik
Rotation und Trägheit
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Das Trägheitsgesetz beschreibt das Verhalten von Körpern im Stillstand und in der Bewegung. Mehr darüber findest du hier% oder im Video!

Trägheitsgesetz einfach erklärt

Das Trägheitsgesetz beschreibt, wie sich Körper bewegen oder nicht bewegen, wenn keine äußeren Kräfte auf sie einwirken oder die Summer aller Kräfte gleich null ist: 

  • Ein ruhender Körper bleibt unbewegt, solange keine Kräfte auf ihn einwirken.
  • Ein sich bewegender Körper bewegt sich mit gleichbleibender Geschwindigkeit fort, solange keine Kräfte auf ihn einwirken.
  • Im Alltag bremsen Reibungskräfte die Bewegung des Körpers oft ab.%<img class="alignnone size-medium wp-image-403935" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2022/07/bus-300x153.jpg" alt="" width="300" height="153" />Beschriftung: Das Trägheitsgesetz am Beispiel Busfahren. Anmerkung für die Animation: zwei Bilder nebeneinander, wie ein Comic-Strip. Die Perspektive gerne so beibehalten, aber "vorne" also links müsste noch der Busfahrer sitzen, mit Lenkrad. Die Beschriftung sollte unter beide Bilder laufen, sodass klar ist, dass die Bilder zusammengehören. Bild 1: der Busfahrer hat die nicht Hände am Lenkrad und die Menschen halten sich noch nicht fest. die Tür kann gerne noch offen sein, damit klar ist, dass der Bus gerade hält. <a style="color: #ff00ff;" href="https://www.lernhelfer.de/sites/default/files/lexicon/image/BWS-PHY-0276-04.jpg">Bild</a> 2: Der Busfahrer hat die Hände am Lenkrad. Die Menschen halten sich alle fest (so wie oben), können sich auch gern noch leicht nach hinten neigen. Alt-Text: Trägheitsgesetz, Trägheitsgesetz Beispiel, Trägheitsgesetz Formel, Trägheitsprinzip
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Das Trägheitsgesetz am Beispiel Busfahren

Das Trägheitsgesetz kennst du zum Beispiel vom Bus fahren:

Solange der Bus still steht, stehst auch du still. Das liegt daran, dass keine Kraft auf dich einwirkt. Fährt der Bus los, dann fällst du zuerst nach hinten. Der Grund dafür ist, dass sich dein Körper sich noch im Ruhezustand befindet und er den Ruhezustand beibehalten möchte.

Erst wenn du dich festhältst und damit auch die Beschleunigung des Busses auf dich wirkt, wirken in Summe keine Kräfte mehr auf dich ein. Jetzt bewegst du dich mit der gleichen konstanten Geschwindigkeit wie der Bus und fällst auch nicht mehr um.

Merke

Das Trägheitsgesetz wurde von Isaac Newton entdeckt und trägt daher den Namen 1. Newtonsches Gesetz oder 1. Newtonsches Axiom.

Trägheitsgesetz physikalischer Hintergrund

Der Stillstand und die Bewegung eines Körpers werden durch die Einwirkung von Kräften auf ihn beeinflusst. Ohne einwirkende Kräfte verändern Körper ihren Bewegungszustand nicht. In der Physik bezeichnest du diese Eigenschaft als Trägheit.

Erst durch eine von außen wirkende Kraft ändert sich die Bewegung oder der Ruhezustand des Körpers. Beobachten kannst du das bei dem Beispiel des Busfahrens. Diese Bewegungsänderung kannst du mit folgenden Variablen darstellen:

Merke

Ein Körper hat eine konstante Geschwindigkeit, wenn keine Kraft auf ihn einwirkt oder wenn die Summe der wirkenden Kräfte gleich null ist. Die wirkenden Kräfte können sich gegenseitig auch wieder aufheben.

F = 0, a = 0, v = konstant

Wenn der Körper in Ruhe ist, dann ist auch die Kraft, die auf ihn wirkt gleich null. Ist die Kraft F = 0, dann ist auch die Geschwindigkeit v = 0 und damit konstant.

Befindet sich ein Körper im Zustand der konstanten Geschwindigkeit, dann befindet sich seine Bewegung im Trägheitszustand. Denn während der konstanten Bewegung wirkt entweder keine Kraft ein oder die Summe der wirkenden Kräfte ist gleich null.

Wird ein Körper beschleunigt oder abgebremst, dann verlässt er den Trägheitszustand. Denn sowohl bei der Beschleunigung als auch beim Abbremsen wirken Kräfte ein. Die Kraft F und die Beschleunigung a sind ungleich null und die Geschwindigkeit ist daher auch nicht konstant.

Trägheitsgesetz Beispiel Ball

Schauen wir uns doch mal ein paar Beispiele zum Trägheitsgesetz an:

Stell dir vor, ein Astronaut kickt einen Ball aus seiner Raumkapsel in den Weltraum.

Frage: Was passiert?%</span><img class="alignnone size-medium wp-image-404260" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2022/07/Newtonsche-Axiome_zweites-Axiom_SEO-1024x576-1-300x169.jpg" alt="" width="300" height="169" /><span style="color: #ff00ff;">Beschriftung: Beispiel für einen sich bewegenden Körper ohne Reibungskräfte. Anmerkung für die Animation: Hier Text und Formel weglassen, den Pfeil rechts vom Ball aber beibehalten. ein paar Sterne oder Planeten und das Blau etwas dunkler für den Weltraum-Flair. Astronaut, der mit einer Kickbewegung den Ball aus der Kapsel schießt. Das Bild soll das Beispiel 3 beschreiben, also zwischen Frage und Antwort stellen. Alt-Text: Trägheitsgesetz, Trägheitsgesetz Beispiel, Trägheitsgesetz Formel, Trägheitsprinzip

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Beispiel für einen sich bewegenden Körper ohne Reibungskräfte

Antwort: Der Ball bewegt sich bis ins Unendliche mit konstanter Geschwindigkeit weiter von der Kapsel des Astronauten weg. Das liegt daran, dass im Weltraum keine Schwerkraft und auch keine Reibungskräfte wirken, die den Ball abbremsen. Der Ball befindet sich also im Zustand einer konstanten Bewegung. Die Summe der Kräfte ist gleich null und seine Bewegung fällt damit in das Trägheitsgesetz.

Doch wie wäre das auf der Erde? Stell dir vor, du kickst den Ball über den Sportplatz.

Frage: Was passiert?%</span><img class="alignnone size-medium wp-image-404260" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2022/07/Newtonsche-Axiome_zweites-Axiom_SEO-1024x576-1-300x169.jpg" alt="" width="300" height="169" /><span style="color: #ff00ff;">Beschriftung: Beispiel für einen Körper in Bewegung auf der Erde. Anmerkung für die Animation: Hier Text und Formel weglassen, den Pfeil rechts vom Ball aber beibehalten. Bäume in den Hintergrund, um zu zeigen, dass man sich auf der Erde befindet. Auf die linke Seite statt des Pfeils ein Bein, die aber den Ball nicht mehr berührt, aber es soll verständlich sein, dass der Ball gerade noch gekickt wurde. Das Bild soll das Beispiel 2 beschreiben, also zwischen Frage und Antwort stellen. Alt-Text: Trägheitsgesetz, Trägheitsgesetz Beispiel, Trägheitsgesetz Formel, Trägheitsprinzip

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Beispiel für einen Körper in Bewegung auf der Erde

Antwort: Irgendwann wird der Ball langsamer und bleibt liegen. Das liegt daran, dass sowohl Schwerkraft als auch Reibungskräfte die Bewegung des Balles abbremsen und ihn zum Stillstand bringen. Anders als im Weltraum wirken hier auf der Erde also noch andere Kräfte auf die Bewegung ein. Die Summe der Kräfte ist also nicht null und die Bewegung fällt nicht unter das Trägheitsgesetz.

Trägheitsgesetz Beispiel Busfahren

Schauen wir uns nochmal das Beispiel Busfahren an, wenn du dich im Bus befindest. Solange der Bus an der Haltestelle steht, wirkt keine Kraft auf dich ein. Du stehst still.  Fährt der Bus von der Haltestelle los, dann fällst du zuerst nach hinten. Denn der Bus beschleunigt schon, aber du befindest dich noch im Ruhezustand. Danach wirst du vom Bus mit beschleunigt, nimmst also dieselbe Geschwindigkeit wie der Bus auf und wirst aus dem Ruhezustand gerissen.

Der Bus beschleunigt auf seiner Fahrt zur nächsten Haltestelle auf eine konstante Geschwindigkeit. Diese kann er nur beibehalten, indem der Busfahrer immer wieder auf das Gaspedal tritt, um die entstehenden Reibungskräfte zwischen Reifen und Straße auszugleichen. Hier wirken also mehrere Kräfte gegeneinander, die in der Summe null ergeben. Nur deshalb kommt es zu einer konstanten Geschwindigkeit.

Bei der nächsten Haltestelle bremst der Bus dann wieder ab und diesmal fällst du nach vorn. Das liegt daran, dass der Bus bereits abbremst, aber du dich noch im Zustand der konstanten Bewegung befindest. Erst wenn die Bremskraft auf dich übergeht, wirst du auch langsamer und wirst aus dem Bewegungszustand zurück in den Ruhezustand versetzt.

Newtonsche Axiome

Jetzt kennst du dich mit dem Trägheitsgesetz aus! Wusstest du, dass das Trägheitsgesetz nur eins von drei Gesetzen ist, die Isaac Newton formuliert hat? Mehr zu den anderen Newtonschen Gesetzen findest du hier !

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