Aufbau und Durchführung
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Man lässt eine Stahlkugel von einer Rampe auf ein horizontal liegendes Brett rollen, das drei Bahnen mit verschiedener Oberfläche besitzt.
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Zunächst lässt man die Kugel auf die Bahn mit einem dicken Filz, beim nächsten Start aus gleicher Höhe auf die Bahn mit einem rauhen Stoff und schließlich - wiederum aus gleicher Höhe - auf die Bahn aus poliertem Holz rollen.
Beobachtung
Je glatter die Oberfläche der Unterlage ist, desto weiter rollt die Kugel.
Erklärung
Je rauher eine Oberfläche ist, desto größer ist auch die bewegungshemmende Reibungskraft, die auf die Kugel wirkt. Je geringer daher die bewegungshemmende Reibungskraft ist, desto weiter rollt die Kugel.
Idealisierst du diesen Sachverhalt, so kommst du zu folgendem Schluss: Bei fehlender Reibungskraft behält die Kugel diejenige Geschwindigkeit bei, die sie am Fuß der Rampe erreicht hat. Sie führt anschließend eine geradlinige, gleichförmige Bewegung aus.
Schlussfolgerung
Diese Idealisierung führt zum ersten NEWTONsches Gesetz, das auch als Trägheitssprinzip bezeichnet wird.
1. Newtonsches Gesetz (Beharrungsprinzip)
Wirkt auf eine Körper keine resultierende Kraft, so ändert sich sein Bewegungszustand nicht.
Dies bedeutet:
- Ist der Körper in Ruhe, so bleibt er in Ruhe.
- Ist er in Bewegung, so bleibt er in Bewegung und behält sowohl seinen Geschwindigkeitsbetrag als auch seine Bewegungsrichtung bei.
Hinweis: Die Kugel bei obigem Versuch ist - selbst bei fehlender Reibung - nicht kräftefrei. Auf die Kugel wirkt stets die Gewichtskraft. Die Kraft der Unterlage hält der Gewichtskraft jedoch das Gleichgewicht. Dies bedeutet, die Kugel ist nicht frei von Kräften, aber die resultierende Kraft auf die Kugel ist Null, da sich die Gewichtskraft und die sogenannte Normalkraft der Unterlage in ihrer Wirkung aufheben.