Die Newton'schen Gesetze: Einführung

Bedeutung der Newton'sche Gesetze in der Physik

Den Namen Isaac Newton hast du sicher schon einmal gehört. Immerhin ist er einer der bekanntesten Physiker der Welt. Er hat zum Beispiel grundlegende Erkenntnisse zur Gravitation gewonnen – angeblich als ihm ein Apfel auf den Kopf fiel. Er hat auch die drei Newton'schen Gesetze, auch Newton'sche Axiome genannt, formuliert. Diese drei Gesetze sind von enormer Bedeutung, denn fast die gesamte Mechanik beruht auf ihnen. Aber wie sehen diese Gesetze aus?

Das 1. Newton'sche Gesetz in der Physik

Das 1. Newton'sche Gesetz (bzw. Axiom) wird auch Trägheitsprinzip genannt. Es lautet folgendermaßen:

Der erste Teil ist leicht zu verstehen. Ein Körper, der sich nicht bewegt, wird nicht von allein beginnen, sich zu bewegen. Erst wenn eine Kraft auf den Körper wirkt, kann sich sein Bewegungszustand ändern. Man nennt diese Eigenschaft von Körpern auch Trägheit. Alle Körper sind also träge. Aber was genau ist mit dem zweiten Teil des Gesetzes gemeint?

Stell dir ein Objekt vor, das sich mit einer konstanten Geschwindigkeit $v$ in eine Richtung bewegt. Solange keine Kraft wirkt, die es bremst oder beschleunigt, wird sich dieses Objekt mit exakt dieser Geschwindigkeit weiter bewegen.
Dieses Prinzip macht sich zum Beispiel bemerkbar, wenn sich Objekte auf Kreisbahnen bewegen. Bist du schon einmal in einem Karussell gefahren? Es fühlt sich an, als würdest du nach außen gedrückt werden. In Wirklichkeit wirst du aber gar nicht nach außen gedrückt: Dein Körper will aufgrund seiner Trägheit geradeaus weiterfliegen, aber der Sitz des Karussells zwingt dich auf eine Kreisbahn.
Du kannst dir das Prinzip auch so vorstellen: Eine Kiste liegt lose auf dem Dach eines Autos. Das Auto fährt zu Beginn mit einer konstanten Geschwindigkeit geradeaus – aber dann fährt es in eine Kurve. Aufgrund ihrer Trägheit will die Kiste allerdings in ihrem Bewegungszustand – mit konstanter Geschwindigkeit geradeaus – verharren. Deswegen fliegt sie vom Dach.

Das 2. Newton'sche Gesetz in der Physik

Das 2. Newton'sche Gesetz wird auch Aktionsprinzip genannt. Es ist besonders wichtig, weil es die Grundlage für Bewegungsgleichungen in der Mechanik liefert. Es lautet folgendermaßen:

Das 2. Newton'sche Gesetz kann auch durch folgende Formel ausgedrückt werden:

$F = m \cdot a$

Dabei ist $F$ die wirkende Kraft, $m$ die Masse des Körpers und $a$ die Beschleunigung, also die Änderung der Geschwindigkeit. An dieser Formel können wir auch ablesen, wie mächtig dieses Gesetz ist: Wenn wir die Masse eines Körpers und die wirkenden Kräfte kennen, dann kennen wir auch seine Beschleunigung. Wenn wir die Beschleunigung und die Anfangsgeschwindigkeit kennen, kennen wir die Geschwindigkeit zu jedem beliebigen Zeitpunkt. Und wenn wir zusätzlich den Anfangsort kennen, dann kennen wir auch den Ort des Körpers zu jedem beliebigen Zeitpunkt. Die Berechnung kann natürlich sehr kompliziert werden – trotzdem gehört das 2. Newton'sche Gesetz zu den wichtigsten Gesetzen der Mechanik.

Das 3. Newton'sche Gesetz in der Physik

Das 3. Newton'sche Gesetz wird auch Wechselwirkungsprinzip oder Reaktionsprinzip genannt. Es lautet folgendermaßen:

Wir können das 3. Newton'sche Gesetz auch als mathematische Formel formulieren:

$F_{\text{A} \rightarrow \text{B}} = - F_{\text{B} \rightarrow \text{A}}$

Das Minuszeichen verdeutlicht, dass die Kräfte in entgegengesetzte Richtungen wirken.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Newton'sche Gesetze