Newtons erstes Gesetz (Trägheit)

Newtons erstes Gesetz besagt: Wenn die resultierende äußere Kraft auf einen Körper null ist, bleibt seine Geschwindigkeit konstant. Ein Körper bleibt also entweder in Ruhe oder bewegt sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit weiter.

Diese Aussage gilt in einem Inertialsystem, also in einem nicht beschleunigten Bezugssystem. Das Gesetz wird auch Trägheitsgesetz genannt, weil Trägheit die Eigenschaft der Materie ist, Änderungen der Geschwindigkeit zu widerstehen.

Newtons erstes Gesetz in einer Zeile

In einem Inertialsystem gilt:

$$\sum \vec{F}_{\text{ext}} = 0 \Rightarrow \vec{v} = \text{constant}$$

Das Wort „konstant“ ist wichtig. Eine konstante Geschwindigkeit kann null sein, also Ruhe bedeuten, oder jede gleichförmige geradlinige Bewegung.

Was Trägheit einfach erklärt bedeutet

Man sagt manchmal, bewegte Objekte „wollen in Bewegung bleiben“. Das ist nah dran, aber unvollständig. Genauer ist: Körper ändern ihre Geschwindigkeit nicht, solange keine resultierende äußere Kraft auf sie wirkt.

Zur Geschwindigkeit gehören sowohl Betrag als auch Richtung. Deshalb ist auch eine Richtungsänderung eine Änderung der Geschwindigkeit, selbst wenn der Betrag gleich bleibt. Wenn sich die Richtung ändert, ist die resultierende äußere Kraft nicht null.

Durchgerechnetes Beispiel: Ein Puck gleitet über glattes Eis

Angenommen, ein Hockeypuck gleitet bereits mit $3\ \mathrm{m/s}$ nach Osten. Nachdem der Schläger keinen Kontakt mehr hat, nehmen wir an, das Eis sei so glatt, dass die Reibung in den nächsten Sekunden vernachlässigbar ist.

Dann ist die resultierende äußere Kraft näherungsweise null. Newtons erstes Gesetz sagt also voraus, dass sich der Puck weiter mit etwa $3\ \mathrm{m/s}$ nach Osten in einer geraden Linie bewegt.

Wenn der Puck langsamer wird, zeigt das, dass die resultierende äußere Kraft in Wirklichkeit nicht null war. Auf echtem Eis sorgen Reibung und Luftwiderstand meist dafür, dass die Geschwindigkeit etwas abnimmt. Die Vorhersage konstanter Geschwindigkeit ist also nur so gut wie diese Näherung.

Das ist die wichtigste Denkgewohnheit: Frage zuerst, ob die resultierende äußere Kraft null ist. Wenn ja, erwarte konstante Geschwindigkeit. Wenn sich Betrag oder Richtung der Geschwindigkeit ändern, kann die resultierende äußere Kraft nicht null sein.

Häufige Fehler bei Newtons erstem Gesetz

• Zu denken, dass eine Kraft nötig ist, damit sich ein Körper mit konstanter Geschwindigkeit weiterbewegt. Eine resultierende Kraft ist nötig, um die Geschwindigkeit zu ändern, nicht um sie aufrechtzuerhalten.
• „Kraft null“ mit „keine Bewegung“ gleichzusetzen. Eine resultierende Kraft von null kann auch gleichförmige Bewegung bedeuten.
• Zu vergessen, dass eine Kurve die Geschwindigkeit ändert. Kreisbewegung ist kein Beispiel für Newtons erstes Gesetz, weil sich die Richtung ständig ändert.
• Trägheit als Schub oder Zug zu bezeichnen. Trägheit ist eine Eigenschaft der Materie, keine zusätzliche Kraft.

Wann Newtons erstes Gesetz verwendet wird

Newtons erstes Gesetz ist der Ausgangspunkt jeder Kraftanalyse. Bevor du etwas berechnest, fragst du, ob die Bewegung auf eine resultierende Kraft von null oder ungleich null hindeutet.

Es erklärt auch, warum Sicherheitsgurte wichtig sind. Wenn ein Auto plötzlich anhält, neigt dein Körper dazu, seine bisherige Geschwindigkeit beizubehalten. Der Gurt liefert die äußere Kraft, die diese Bewegung sicher verändert.

In der Anfangsphysik wird das Gesetz auch genutzt, um einfache Modelle zu begründen. Zum Beispiel wird die horizontale Bewegung beim Wurf oft als Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit behandelt, wenn der Luftwiderstand vernachlässigt wird, weil dann die resultierende horizontale Kraft als null angenommen wird.

Probiere einen ähnlichen Fall aus

Probiere deine eigene Variante mit einer Alltagssituation: ein Buch auf einem Tisch, ein Puck, der nach einem Schlag weitergleitet, oder ein Fahrgast, der beim Bremsen nach vorn ruckt. Starte mit einer Frage: Ist die resultierende äußere Kraft null? Diese Prüfung zeigt dir meist, ob Newtons erstes Gesetz direkt anwendbar ist oder ob du als Nächstes Newtons zweites Gesetz brauchst.