Die Kraft und die Newtonschen Axiome

Aus dem Alltag ist bekannt, dass man um etwas zu beschleunigen eine Kraft aufwenden muss. Galilei und Newton haben festgestellt, dass sich alle mechanischen Vorgänge durch Kräfte stark vereinfachen lassen.
Natürlich kann als Grundlage für die physikalische Größe der Kraft nicht allein die menschliche Empfindung stehen. Man hat sich darauf geeinigt, die Kraft als Produkt von Masse m eines Körpers und der Beschleunigung a, die auf ihn wirkt zu definieren.

F = m * a

Kräfte treten allerdings nicht nur bei Beschleunigungen auf. Auch beim Spannen einer Feder oder beim gegenseitigen Anziehen von Massen sind sie vorhanden.

Bei der Beschleunigung muss man die dafür nötige Kraft ausrechnen, indem man, wie oben angegeben, die Masse des Körpers mit der momentanen Beschleunigung malnimmt. Dass zum Beispiel bei gleicher Kraft und doppelter Masse die Beschleunigung nur halb so groß ist konnte experimentell bewiesen werden. Als Spezialfall dieses Prinzips muss auch die Gewichtskraft auf der Erdoberfläche genannt werden.

Um mit Kräften rechnen zu können muss man zunächst mit den drei Newtonschen Axiomen bekannt sein. Diese lauten wie folgt:

Das erste Newtonsche Axiom:

Jeder Körper behält seine Geschwindigkeit nach Betrag und Richtung so lange bei, wie er nicht durch äußere Kräfte gezwungen wird, seinen Bewegungszustand zu ändern.

Das heißt nichts weiter, als dass sich ein Körper ohne Krafteinwirkung, also auch ohne Reibung und Luftwiderstand, immer weiter mit gleicher Geschwindigkeit in die gleiche Richtung bewegen würde. Dieses Axiom wird auch Trägheitsgesetz genannt.

Das zweite Newtonsche Axiom:

Um einer Masse m die Beschleunigung a zu erteilen, ist eine Kraft F erforderlich, die gleich dem Produkt der Masse und der Beschleunigung ist.

Dieses entspricht dem, was wir bereits oben festgestellt haben.

Das dritte Newtonsche Axiom:

Wenn ein Körper A auf einen Körper B mit der Kraft F1 wirkt, so wirkt der Körper B auf den Körper A mit einer Kraft F2, die den gleichen betrag, aber die Entgegengesetzte Richtung hat, wie F1. (F1 = -F2)

Wenn ein Körper auf einen anderen mit einer Kraft einwirkt, dann wirkt der andere Körper mit der gleichen Kraft auf diesen ein. Das merkt man zum Beispiel, wenn man auf einem beweglichen Wagen steht und einen anderen Wagen zu sich heranziehen will: Man selbst bewegt sich ebenfalls auf den anderen Wagen zu. Diese Tatsache wird in der Technik und im Alltag oft genutzt. Sie ist der Grund warum ein Rasensprenger sich dreht, wenn er Wasser ausstößt, und warum Raketen sich auch im Luftleeren Raum fortbewegen können. Dieses Axiom wird oft auch Wechselwirkungsprinzip oder Prinzip von actio und reactio genannt.