Isaac Newton veröffentlichte 1687 drei Regeln, die die Bewegung jedes sichtbaren Körpers erklären — vom rollenden Ball über den fallenden Apfel bis zum Raumfahrzeug. Dreihundert Jahre später sind sie noch immer das Fundament der Schulphysik. Hier steht, was jede einzelne tatsächlich sagt und wie man sie anwendet.
Wirken die Newtonschen Gesetze in Aufgaben abstrakt?
In einem Beratungsgespräch finden wir genau die Stelle, an der das Denken abbricht — ohne Druck, ohne Verpflichtung.
Das erste Newtonsche Gesetz — der Trägheitssatz
Ein ruhender Körper bleibt in Ruhe. Ein bewegter Körper bleibt mit gleicher Geschwindigkeit und Richtung in Bewegung — solange keine unausgeglichene (resultierende) Kraft auf ihn wirkt.
Das nennt man den Trägheitssatz. Trägheit ist das Bestreben eines Körpers, jeder Änderung seines Bewegungszustandes zu widerstehen. Je größer die Masse, desto größer die Trägheit.
Sind die Kräfte auf einen Körper ausgeglichen (resultierende Kraft = 0), so erfährt er keine Beschleunigung. Er bleibt entweder in Ruhe oder bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit weiter. Ruhe ist nichts Besonderes — konstante Geschwindigkeit ist genauso gültig.
Beispiele aus dem Alltag:
- •Ein Fahrgast wird nach vorn geworfen, wenn ein Auto bremst — der Körper will in Bewegung bleiben; das Auto hält, doch die Trägheit trägt den Menschen weiter nach vorn.
- •Ein Eishockey-Puck gleitet über nahezu reibungsfreies Eis — ohne Reibung, die ihn bremst, würde er endlos weitergleiten.
- •Ein Ball liegt auf einem Tisch — die Schwerkraft zieht nach unten, die Normalkraft drückt nach oben. Resultierende Kraft = 0. Der Ball bleibt liegen.
Das zweite Newtonsche Gesetz — F = ma
Die resultierende Kraft auf einen Körper ist gleich seiner Masse mal seiner Beschleunigung:F = ma
F steht in Newton (N), m in Kilogramm (kg), a in Metern pro Sekunde zum Quadrat (m/s²).
Dieses Gesetz verknüpft drei Größen. Kennt man zwei davon, findet man die dritte. Die Formel umgestellt:
F = ma
Kraft finden
a = F/m
Beschleunigung finden
m = F/a
Masse finden
m = 5 kg,F = 20 N,a = ?a = F/m
a = 20/5 = 4 m/s²
m = 1200 kg,a = 3 m/s²,F = ?F = 1200 × 3 = 3600 N
Wichtig: F im zweiten Newtonschen Gesetz ist die resultierende Kraft — die Summe aller Kräfte zusammen (unter Beachtung der Richtung). Wirkt Reibung der Schubkraft entgegen, so zieht man sie zuerst ab: F_net = F_applied − F_friction.Aufgaben mit Freikörperbild — Schritt für Schritt
F_net = 50 − 20 = 30 N (right)
30 = 10 × a
a = 3 m/s² (to the right)
Das dritte Newtonsche Gesetz — Wirkung und Gegenwirkung
Zu jeder Wirkung gibt es eine gleich große, entgegengesetzte Gegenwirkung. Übt Körper A eine Kraft auf Körper B aus, so übt Körper B eine gleich große Kraft in die entgegengesetzte Richtung auf Körper A aus.
Beachte: die beiden Kräfte wirken auf verschiedene Körper. Sie heben sich nie gegenseitig auf (weil sie an verschiedenen Körpern angreifen).
Beispiele aus dem Alltag:
- •Gehen: Dein Fuß drückt nach hinten gegen den Boden; der Boden drückt dich nach vorn — dieser Druck nach vorn bewegt dich.
- •Raketenantrieb: Die Rakete drückt Abgas nach unten; das Gas drückt die Rakete nach oben.
- •Schwimmen: Du ziehst das Wasser nach hinten; das Wasser drückt dich nach vorn.
Kräftepaare des dritten Gesetzes sind immer Kräfte derselben Art (beide Gravitationskräfte, beide Kontaktkräfte usw.) und greifen an verschiedenen Körpern an. Eine häufige Verwirrung: die Gegenkraft hebt die Wirkung nicht auf — sie wirken an getrennten Körpern.
Gewichtskraft und Masse
Viele Lernende verwechseln beides in Rechnungen.
| Größe | Masse | Gewichtskraft |
|---|---|---|
| Was sie ist | Menge an Materie | Schwerkraft auf einen Körper |
| Einheit | kg | Newton (N) |
| Ändert sich im Weltraum? | Nein — überall gleich | Ja — hängt von der Schwerkraft ab |
| Formel | — | G = mg (g = 9,8 m/s² auf der Erde) |
W = 60 × 9.8 = 588 N
- Erstes Gesetz: keine resultierende Kraft = keine Änderung der Bewegung (Ruhe oder konstante Geschwindigkeit).
- Zweites Gesetz: F = ma. Die resultierende Kraft, nicht bloß die angreifende.
- Drittes Gesetz: gleich große, entgegengesetzte Kräfte — aber an verschiedenen Körpern.
- Gewichtskraft (N) = Masse (kg) × g (9,8 m/s²).
- Zeichne vor jeder Kräfteaufgabe ein Freikörperbild — das verhindert Vorzeichenfehler.
Ein Buch von 3 kg liegt auf einem Tisch. Wie groß ist die Normalkraft des Tisches? (g = 9,8 m/s²)
Hinweis: Das Buch wird nicht beschleunigt — nutze das erste Gesetz: N = G = mg.
Auf einen Körper von 3 kg wirkt eine resultierende Kraft von 15 N. Wie groß ist seine Beschleunigung?
Hinweis: Nutze a = F/m.
Ein Mensch von 70 kg steht auf einer Waage in einem Aufzug, der mit 2 m/s² nach oben beschleunigt. Was zeigt die Waage an?
Hinweis: F_res = ma; die Waage zeigt N = m(g + a) an.
Benenne das Kräftepaar des dritten Gesetzes, wenn ein Ball auf eine Wand trifft.
Hinweis: Der Ball drückt auf die Wand; die Wand drückt auf den Ball — gleich groß, entgegengesetzt gerichtet.
Auf eine 4-kg-Kiste wirken zwei Kräfte: 30 N nach rechts und 10 N nach links. Bestimme die Beschleunigung.
Hinweis: Bestimme zuerst die resultierende Kraft.
Auf den Newtonschen Gesetzen aufbauen
Diese drei Gesetze führen unmittelbar zu den Bewegungsgleichungen, zu Reibungsaufgaben, zur schiefen Ebene und schließlich zu Energie und Impuls. Wenn Physik sich wie eine Sammlung einzelner Formeln anfühlt statt wie eine zusammenhängende Geschichte, beginne mit einem Beratungsgespräch, und wir bauen die Gedankenkette von Grund auf.