Rechner zum dritten Newtonschen Gesetz

Das dritte Newtonsche Gesetz besagt: Übt ein Körper eine Kraft auf einen anderen aus, so übt der zweite gleichzeitig eine gleich große, entgegengesetzt gerichtete Kraft auf den ersten aus. Diese Kräfte heißen Kraft-Gegenkraft-Paar oder Actio und Reactio. Sie entstehen aus einer Wechselwirkung, treten gleichzeitig auf und wirken auf verschiedene Körper. Dieser Rechner zeigt das vorzeichenbehaftete Paar und verknüpft jede Kraft mit der zugehörigen Masse, um die durch diese Wechselwirkung erzeugten Beschleunigungen zu veranschaulichen. Angenommen, Körper A schiebt Körper B mit einer positiven Kraft. B erfährt diese positive Kraft, A eine gleich große negative Gegenkraft. Wendet man das zweite Newtonsche Gesetz getrennt an, ergibt sich die Beschleunigung von A als negativ vorzeichenbehaftete Gegenkraft geteilt durch Masse A und die von B als positive Kraft geteilt durch Masse B, entsprechend der Vorzeichenkonvention des Rechners. Die angezeigten Beschleunigungen sind entgegengesetzt gerichtet. Bei unterschiedlichen Massen unterscheiden sich ihre Beträge trotz gleicher Kraftbeträge: Der leichtere Körper ändert seine Geschwindigkeit schneller. Kraft und Gegenkraft heben sich an keinem einzelnen Körper auf, weil sie auf verschiedene Körper wirken. Gleich große, entgegengesetzte Kräfte heben sich nur auf, wenn sie auf dasselbe gewählte System wirken. Werden A und B gemeinsam als ein System betrachtet, fallen ihre inneren Wechselwirkungskräfte in der Gesamtbilanz tatsächlich weg. Äußere Kräfte können den gemeinsamen Schwerpunkt weiterhin beschleunigen. Diese Unterscheidung ist beim Zeichnen von Freikörperbildern entscheidend. Gehen ist ein vertrautes Beispiel: Der Fuß drückt den Boden nach hinten, der Boden den Menschen nach vorn. Eine Rakete drückt Abgas nach hinten, während das Abgas die Rakete nach vorn drückt. Ein Buch drückt einen Tisch nach unten; der Tisch erfährt diese Kraft und drückt das Buch als zugehörige Kontaktgegenkraft nach oben. Die nach oben gerichtete Normalkraft auf das Buch und seine Gewichtskraft nach unten können sich ausgleichen. Sie sind aber kein Paar des dritten Gesetzes, da beide auf denselben Körper wirken und aus unterschiedlichen Wechselwirkungen stammen. Der Rechner isoliert eine gegenseitige Kraft und setzt voraus, dass jeder Körper als Massepunkt behandelt werden kann. Andere äußere Kräfte wie Reibung, Schwerkraft, Strömungswiderstand oder Auflagerreaktionen müssen für die jeweilige Gesamtbeschleunigung gesondert einbezogen werden. In einem isolierten Zweikörpersystem sind die Impulsänderungen gleich groß und entgegengesetzt, sodass der Gesamtimpuls erhalten bleibt. Nutzen Sie das Modell, um Vorzeichen zu verstehen, Beschleunigungen zu vergleichen und grundlegende Mechanikaufgaben zu prüfen.