Newtons zweites Gesetz

Newtons zweites Gesetz besagt, dass die Beschleunigung eines Körpers von der auf ihn wirkenden Nettokraft und seiner Masse abhängt. In den Situationen mit konstanter Masse, die in den meisten einführenden Physikaufgaben verwendet werden, gilt:

Das bedeutet: Die Beschleunigung nimmt zu, wenn die Nettokraft zunimmt, und sie nimmt ab, wenn die Masse zunimmt. Die Beschleunigung zeigt in dieselbe Richtung wie die Nettokraft.

Nutze den Simulator, um $F_{net} = ma$ zu testen

Verändere Kraft oder Masse jeweils einzeln und beobachte, wie sich die Beschleunigung aktualisiert. Bei fester Masse ändert sich die Beschleunigung direkt mit der Kraft. Bei fester Kraft ändert sich die Beschleunigung umgekehrt zur Masse.

Wann Newtons zweites Gesetz zu $F_{net} = ma$ wird

Die allgemeinste Formulierung von Newtons zweitem Gesetz lautet, dass die Nettokraft gleich der Änderungsrate des Impulses ist:

Für eine konstante Masse $m$ gilt $\vec{p} = m\vec{v}$, also vereinfacht sich das zu

Diese Form für konstante Masse ist die Version, die die meisten Schüler und Studierenden zuerst lernen, und sie ist auch die Version, die dieses Widget modelliert. Wenn sich die Masse ändert, solltest du nicht einfach annehmen, dass $F_{net} = ma$ allein die ganze Situation beschreibt.

Durchgerechnetes Beispiel: 12 N auf einen Wagen mit 4 kg

Angenommen, ein Wagen hat die Masse $4\ \mathrm{kg}$ und auf ihn wirkt eine Nettokraft von $12\ \mathrm{N}$ nach rechts. Bei konstanter Masse gilt:

Der Wagen beschleunigt also mit $3\ \mathrm{m/s^2}$ nach rechts. Würden auf denselben Wagen nur $6\ \mathrm{N}$ wirken, würde die Beschleunigung auf $1.5\ \mathrm{m/s^2}$ sinken. Bliebe die Kraft bei $12\ \mathrm{N}$, die Masse würde aber auf $8\ \mathrm{kg}$ steigen, dann wäre die Beschleunigung ebenfalls $1.5\ \mathrm{m/s^2}$. Das ist die zentrale Idee: Kraft erhöht die Beschleunigung, während Masse dieser Änderung entgegenwirkt.

Worauf du achten solltest, wenn du die Schieberegler bewegst

Achte nicht nur darauf, ob die Zahl größer oder kleiner wird. Achte auf den Zusammenhang selbst.

• Kraft verändert die Beschleunigung direkt.
• Masse verändert die Beschleunigung umgekehrt.
• Eine Nettokraft von null bedeutet null Beschleunigung, auch wenn sich der Körper bereits bewegt.

Der letzte Punkt ist wichtig. Newtons zweites Gesetz verknüpft Kraft mit Beschleunigung, nicht Kraft mit Geschwindigkeit.

Probiere einen ähnlichen Fall mit Kraft und Masse aus

Probiere deine eigene Variante aus, indem du eine Größe konstant hältst. Verdopple zuerst die Kraft, während die Masse konstant bleibt. Setze dann zurück und verdopple die Masse, während die Kraft konstant bleibt. Wenn du die neue Beschleunigung vor dem Blick auf das Widget vorhersagen kannst, nutzt du das Gesetz, statt es nur auswendig zu lernen.