Grundwissen

Trägheitssatz - Newton I


Wenn wir mit dem Fahrrad fahren, müssen wir - selbst bei ebener Strecke - in die Pedale treten und Kraft ausüben, um eine konstante Geschwindigkeit aufrecht erhalten zu können.

 
Im Sinne von Aristoteles ist das Fahrradfahren eine "erzwungene Bewegung", ähnlich wie die Fortbewegung eines Ochsenkarrens, der nur fährt, wenn der Ochs mit einer Kraft zieht. Hört die Kraftwirkung auf, so kommt das Fahrrad oder der Ochsenkarren zum Stillstand. Die Thesen des alten Griechen scheinen mit unserer Alltagserfahrung gut überein zu stimmen.


Die Idealisierung des Versuchs mit der rollenden Stahlkugel führt uns zum Verständnis der Aussagen von Galilei und Newton, welche die gleichförmige Bewegung (der Ruhezustand mit v = 0 sei als Sonderfall mit eingeschlossen) im 17. Jahrhundert etwas genauer analysierten. Sie kamen zu einem ganz anderen Ergebnis als Aristoteles:


Die gleichförmige Bewegung ist der "Normalzustand" eines Körpers für den es keinen resultierenden Kraftaufwand bedarf. Dieses Ergebnis wird im 1. Newtonschen Gesetz (Trägheitssatz) formuliert.

 

Trägheitssatz:

Alle Körper sind träge, d.h. ihr Geschwindigkeitsbetrag und ihre Geschwindigkeitsrichtung ändert sich nicht von selbst, sondern nur infolge der Einwirkung anderer Körper.

 

In der berühmten Schrift "Principia" von Newton lautet der Trägheitssatz:

Lex. I.
Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus illud a viribus impressis cogitur statum suum mutare. 

1. Gesetz:
Jeder Körper beharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen Bewegung, wenn er nicht durch einwirkende Kräfte gezwungen wird, seinen Zustand zu ändern

In den folgenden Bildern und Animationen sind zwei Situationen aus dem Straßenverkehr dargestellt, die eindrucksvoll die Trägheit von Körpern zeigen:

Prinzipielle Darstellung
Der gelbe bzw. rote Körper sitzt nur locker auf dem blauen Fahrzeug
Reale Situation

 

Hinweis:
Wie verträgt sich die gleichförmige Fahrt des Ochsenkarrens des Aristoteles mit dem Trägheitssatz von Newton?
Am Ochsenkarren halten sich die gegen die Fahrtrichtung wirkende Reibungskraft und die Zugkraft des Ochsen die Waage. Die resultierende Kraft auf den Ochsenkarren ist somit Null (im Einklang mit dem Trägheitssatz).