Trägheitsgesetz
Das Trägheitsgesetz beschreibt das Verhalten von Körpern im Stillstand und in der Bewegung. Mehr darüber findest du hier oder im Video !
Inhaltsübersicht
Trägheitsgesetz einfach erklärt
Das Trägheitsgesetz beschreibt, wie sich Körper bewegen oder nicht bewegen, wenn keine äußeren Kräfte auf sie einwirken oder die Summe 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.
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 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.
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:
- Kraft = F
- Geschwindigkeit = v
- Beschleunigung = a
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 auf ihn 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?
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?
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. Stell dir vor, du befindest dich im Bus. Solange er 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 !
