Wissenschaft > Physik > Kraft > Newtons erstes Bewegungsgesetz

Newtons Bewegungsgesetze sind drei physikalische Gesetze, die zusammen die Grundlage der klassischen Mechanik bilden. In diesem Artikel werden wir Newtons erstes Bewegungsgesetz und das Konzept der Trägheit eines Körpers besprechen.

Aussage von Newtons erstem Bewegungsgesetz:

Jeder materielle Körper verharrt in seinem Ruhezustand oder im Zustand der gleichförmigen Bewegung in einer geraden Linie, es sei denn, es wirkt eine äußere, unausgewogene Kraft auf ihn ein, die den Bewegungszustand verändert. Dieses Gesetz wird auch als Trägheitsgesetz bezeichnet.

Erläuterung: Dieses Gesetz hat zwei Teile, der erste Teil gibt uns das Konzept der Trägheit, während der zweite Teil uns bei der Definition der Kraft hilft. Der erste Teil besagt, dass ein Körper, der sich in Ruhe befindet, sich nicht von selbst in Bewegung setzen kann. Ebenso kann ein Körper, der sich in gleichmäßiger Bewegung auf einer geraden Linie befindet, seine Geschwindigkeit nicht erhöhen oder verringern oder seine Richtung nicht von selbst ändern. Jeder Körper ist also nicht in der Lage, den Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung entlang einer geraden Linie von sich aus zu ändern – diese inhärente Eigenschaft eines Körpers wird Trägheit genannt. Die Trägheit eines Körpers hängt von der Masse des Körpers ab. Die Masse ist also ein Maß für die Trägheit eines Körpers.

Der zweite Teil des Gesetzes hilft uns bei der Definition der Kraft. Im ersten Teil haben wir gesehen, dass ein Körper seinen Bewegungszustand nicht von sich aus ändern kann, sondern dass dazu eine externe physikalische Größe erforderlich ist. Diese äußere physikalische Größe, die erforderlich ist, um den Bewegungszustand eines Körpers zu ändern, wird Kraft genannt.

Konzept der Trägheit eines Körpers:

• Die Tendenz des Körpers, sich der Änderung des Ruhezustands oder des Zustands gleichförmiger Bewegung zu widersetzen, wird Trägheit des Körpers genannt.
• Wenn keine unausgewogene Kraft auf einen Körper wirkt, dann bleibt der Körper in Ruhe. Diese Trägheit wird manchmal als Trägheit der Ruhe bezeichnet.
• Wirkt keine unausgewogene Kraft auf einen Körper, dann bleibt der Körper in gleichmäßiger Bewegung entlang einer Geraden in gleichmäßiger Bewegung entlang derselben Geraden. Diese Trägheit wird manchmal als Trägheit der Bewegung bezeichnet.
• Die Tendenz eines Körpers, sich weiterhin mit gleichmäßiger Bewegung in einer linearen Richtung zu bewegen, wird als Trägheit der Richtung bezeichnet.

Beispiele für Trägheit der Ruhe:

Beispiel: Eine Münze wird auf eine glatte Karte gelegt, die als Deckel auf einem Glas dient. Wenn die Karte plötzlich in die Horizontale gezogen wird, fällt die Münze in das Glas. (Trägheit der Ruhe)

Erklärung: Wenn die Karte waagerecht gezogen wird, erfährt sie durch die Zugkraft eine Bewegung. Da aber in horizontaler Richtung keine Kraft auf die Münze wirkt, wird sie bewegt. Die Münze, die ursprünglich aufgrund ihrer Trägheit auf der Karte ruhte, bleibt in Ruhe. Sie wird also von der Karte getrennt. Da es nun keine Stütze am Boden gibt, fällt die Karte unter der Wirkung der Schwerkraft in das Glas.

Weitere Beispiele für die Trägheit der Ruhe:

• Ein Radfahrer, der auf einer ebenen Straße fährt, kommt nicht sofort zur Ruhe, wenn er aufhört zu treten.

• Wenn man die Münze am unteren Ende eines Stapels von Karambolagemünzen mit einem Schläger anschlägt, bewegt sich diese Münze nur weg, während der Rest des Stapels an der ursprünglichen Position bleibt.
• Wenn ein hängender Teppich mit einem Stock geschlagen wird, beginnen die Staubteilchen aus ihm herauszukommen. Wenn ein Teppich mit einem Stock geschlagen wird, wird der Teppich in Bewegung gesetzt. Aber aufgrund der Trägheit bleiben die Staubteilchen in Ruhe. So werden sie vom Teppich getrennt.
• Wenn man die Äste eines Baumes schüttelt oder ihnen einen Ruck gibt, fallen die Früchte herunter. Wenn die Äste in eine Richtung geschüttelt werden, bleiben die Früchte und Blätter aufgrund der Trägheit der Ruhe an der ursprünglichen Position. Dadurch bricht der Stiel ab und sie fallen herunter.
• Wenn eine Kugel auf ein Glasfenster geschossen wird, entsteht darin ein Loch. Das liegt daran, dass sich nur der Teil des Glases mit der Kugel bewegt, wo die Kugel auf das Glas trifft. Der restliche Teil verbleibt aufgrund der Trägheit in seiner Position. So ist die Kugel in der Lage, aufgrund der Trägheit der Scheibe ein Loch im Glas zu bilden.
• Ein Zauberer zieht ein Tischtuch unter einem vollen Geschirrset hervor. Wenn das Tischtuch gezogen wird, wird es in Bewegung gesetzt, aber das Geschirr bleibt aufgrund der Trägheit der Ruhe auf dem Tisch.
• Wenn der Nahverkehrszug plötzlich startet oder stoppt, können sich die Schiebetüren einiger Abteile öffnen oder schließen.

Beispiel für die Trägheit der Bewegung:

Beispiel: Wenn sich ein stehender Bus in Bewegung setzt, lehnen sich die Fahrgäste im Bus zurück, ebenso wenn der mit gleichmäßiger Geschwindigkeit fahrende Bus anhält, bewegen sich die Fahrgäste plötzlich nach vorne. (Trägheit der Bewegung)

Erklärung: Wenn der Bus steht, stehen auch die Fahrgäste still. Wenn sich der Bus in Bewegung setzt, bewegt sich der untere Teil des Körpers, der mit dem Bus in Berührung kommt, aber aufgrund der Trägheit bleibt der obere Teil des Körpers unbeweglich, und so wird er nach hinten geneigt. Wenn er steht, wird er nach hinten fallen. Wenn sich der Bus mit gleichmäßiger Bewegung in einer geraden Linie bewegt, haben die Fahrgäste die gleiche Bewegung. Wenn der Bus anhält, bleibt der Teil des Körpers (der untere Teil), der mit dem Bus in Berührung kommt, stehen, aber aufgrund der Trägheit bewegt sich der obere Teil weiter, und so bewegt er sich vorwärts. Wenn er steht, fällt er nach vorne.

WeitereBeispiele:

• Wenn ein Fahrgast aus einem fahrenden Zug springt, fällt er hin. Denn sobald die Person den fahrenden Zug verlässt, ist ihre Geschwindigkeit dieselbe wie die des Zuges. Wenn die Füße den Boden berühren, kommt der untere Teil des Körpers zum Stillstand, aber der obere Teil des Körpers bewegt sich mit der ursprünglichen Geschwindigkeit weiter. Dies führt dazu, dass er in Vorwärtsrichtung fällt. Um dies zu vermeiden, muss er so lange in Vorwärtsrichtung laufen, bis seine Geschwindigkeit auf Null reduziert ist.
• Ein Ball, der von einer Person in einem fahrenden Zug senkrecht nach oben geworfen wird, kommt zurück in seine Hand. Der Grund dafür ist, dass in dem Moment, in dem der Ball geworfen wurde, der Ball aufgrund der Trägheit der Bewegung zusammen mit der Person und dem Zug in Bewegung war. Während der Zeit, in der der Ball in der Luft bleibt, bewegen sich also sowohl die Person als auch der Ball um die gleiche Strecke weiter. Dies führt dazu, dass der Ball bei seiner Rückkehr in die Hand zurückkommt.
• Athleten laufen vor einem Weitsprung, um ihre Geschwindigkeit und damit ihre Bewegungsträgheit zu erhöhen.
• Athleten (Weitspringer / Speerwerfer / Kugelstoßer) schaffen es oft nicht, sich vor der Fehlerlinie zu stoppen, weil sich der obere Teil des Körpers des Athleten aufgrund der Bewegungsträgheit weiter in Vorwärtsrichtung bewegt, während der untere Teil zum Stillstand kommt. So kann er nicht in der Lage sein, an der Fehlerlinie anzuhalten und überquert sie.

Beispiel für die Trägheit der Richtung:

Beispiel: Wenn ein Fahrzeug plötzlich nach links abbiegt, wird die im Fahrzeug sitzende Person nach rechts geschoben. (Trägheit der Richtung)

Erläuterung: Wenn ein Fahrzeug eine scharfe Linkskurve macht, ändert es die Richtung. Die darin sitzende Person hingegen neigt aufgrund der Trägheit dazu, sich in die ursprüngliche Richtung zu bewegen. Er wird also nach rechts geschoben.

WeitereBeispiele:

• Wenn ein Bus um eine Ecke biegt, müssen sich die Fahrgäste an einer Stütze festhalten, um nicht ins Schwanken zu geraten. Sowohl der Bus als auch der Fahrgast befinden sich in einem Zustand der Bewegung. Wenn der Bus die Richtung ändert, bewegen sich die Fahrgäste aufgrund der Trägheit der Richtung weiter in dieselbe Richtung. Wenn sich die Fahrgäste nicht an einer Stütze festhalten, werden sie in diese Richtung geschleudert.

Hinweise:

• Wenn sich ein Körper in Ruhe befindet, dann ist die Nettokraft, die auf den Körper wirkt, gleich Null.
• Wenn sich ein Körper gleichmäßig auf einer geraden Linie bewegt, dann ist die Nettokraft, die auf den Körper wirkt, gleich Null.
• Wenn sich ein Körper weder in Ruhe noch in gleichförmiger Bewegung befindet, dann ist die Nettokraft, die auf den Körper wirkt, nicht Null.
• Wenn ein Körper seine Richtung ändert, dann ist die Nettokraft, die auf den Körper wirkt, nicht Null.
• Wenn die Nettokraft, die auf einen Körper wirkt, gleich Null ist, dann muss sich der Körper in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung auf einer geraden Linie befinden.
• Wenn die Nettokraft, die auf einen Körper wirkt, nicht gleich Null ist, dann befindet sich der Körper weder in Ruhe noch in gleichförmiger Bewegung auf einer geraden Linie.

Anhalten eines fahrenden Fahrzeugs:

Wenn der Motor eines Autos abgeschaltet oder die Bremsen betätigt werden, um ein Auto anzuhalten, hält das Auto nicht sofort an. Manchmal muss ein Fahrer eine Vollbremsung machen. Das Zeitintervall zwischen dem Erkennen des Hindernisses und dem tatsächlichen Anziehen der Bremse wird als Reaktionszeit oder Denkzeit bezeichnet. Die Strecke, die das Auto in dieser Zeit zurücklegt, wird als Denkstrecke bezeichnet. Die Zeitspanne zwischen dem Anziehen der Bremsen und dem tatsächlichen Anhalten des Fahrzeugs wird als Bremszeit bezeichnet. Die Strecke, die das Auto in dieser Zeit zurücklegt, wird als Bremsweg bezeichnet. Die Summe aus Denkweg und Bremsweg wird als Anhalteweg bezeichnet. Um einen Unfall zu vermeiden, sollte der Anhalteweg also kürzer sein als die Entfernung des Hindernisses von dem Punkt, an dem man es sieht.

Getreideschneiden:

Beim Getreideschneiden wird das Korn vom Spelz getrennt. Das Entkörnen ist ein landwirtschaftliches Verfahren, bei dem Korn und Spelze voneinander getrennt werden. Das Korn hat eine größere Masse als der Spelz. Daher ist die Trägheit des Korns größer als die des Spelzes. Daher ist mehr Kraft erforderlich, um ihre Bewegungsbahn zu ändern. Wenn sie bei leichtem Wind aus der Höhe fallen, fallen sie aufgrund ihrer größeren Trägheit einfach senkrecht nach unten. Die Schalenpartikel haben eine vernachlässigbare Masse und eine sehr geringe Trägheit. Daher ist nur eine geringe Kraft erforderlich, um ihre Bewegungsbahn zu ändern. Wenn sie bei leichtem Wind aus der Höhe fallen, werden sie in Windrichtung über eine gewisse Strecke fortgetragen. Auf diese Weise werden Schale und Korn getrennt.

Gepäck auf dem Dach des Busses festbinden:

Es wird empfohlen, das Gepäck mit Seilen auf dem Dach des Busses festzubinden. Wenn ein Bus auf der Straße (vor allem mit hoher Geschwindigkeit) plötzlich anhält oder plötzlich seine Richtung ändert, bleibt das Gepäck auf dem Dach aufgrund der Trägheit der Bewegung und der Richtung weiterhin in der Bewegung oder in der gleichen Richtung der Bewegung. Infolgedessen kann das Gepäck vom Dach des Busses herausgeschleudert werden, wenn es nicht mit dem Seil festgebunden ist.

Trocknen von Tüchern durch Schütteln:

Wenn ein nasses Tuch geschüttelt wird, beginnen die Wasserpartikel aus ihm herauszukommen. Wenn das Tuch geschüttelt wird, wird das Tuch in Bewegung gesetzt. Aber aufgrund der Trägheit bleiben die Wasserteilchen in Ruhe. So werden sie von dem nassen Tuch getrennt. So können Tücher früher getrocknet werden.

Eine Person, die in einem Auto sitzt, versucht, das Auto zu bewegen, indem sie eine Kraft auf die Wände ausübt.Wird sich das Auto bewegen?

Newtons erstes Gesetz besagt, dass „jeder materielle Körper weiterhin in seinem Ruhezustand oder im Zustand gleichmäßiger Bewegung in einer geraden Linie verbleibt, es sei denn, dass eine äußere unausgewogene Kraft auf ihn einwirkt, um den Bewegungszustand zu ändern.“ Um einen ruhenden Körper zu bewegen, ist also eine äußere unausgewogene Kraft erforderlich. In diesem Fall ist die von der Person ausgeübte Kraft intern. Daher wird sich das Auto nicht bewegen.

Beispiele, bei denen ein geringes Trägheitsmoment bevorzugt wird, und ein Beispiel, bei dem ein hohes Trägheitsmoment bevorzugt wird (empfohlen):

Tischler arbeitet mit Holz und Nägeln. Um Nägel in Holz einzuschlagen, ist weniger Kraft erforderlich. Daher wird eine geringe Trägheit des Hammers empfohlen. Der Zimmermannshammer ist also ein Beispiel für ein geringes Trägheitsmoment. Ein Schmied arbeitet mit Eisen und Stahl. Um die Form von Eisen oder Stahl zu verändern, ist eine große Kraft erforderlich. Daher wird eine hohe Trägheit des Hammers empfohlen. Der Schmiedehammer ist also ein Beispiel für eine hohe Trägheit.

Vorheriges Thema: Konzept der ausgeglichenen und unausgeglichenen Kraft

Nächstes Thema: Newtons zweites Bewegungsgesetz

Wissenschaft > Physik > Kraft > Newtons erstes Bewegungsgesetz