Kraft und Bewegungsänderung

Die NEWTONschen Gesetze

• Trägheitsgesetz (1. Gesetz): Ohne äußere Kraft bleibt ein Körper in Ruhe oder bewegt sich geradlinig-gleichförmig weiter. Deshalb „fliegt“ man beim starken Bremsen nach vorn – der Gurt hält den Körper zurück.
• Grundgesetz (2. Gesetz): \(F = m \cdot a\). Je größer die Kraft, desto größer die Beschleunigung; je größer die Masse, desto träger der Körper. \(1\,\mathrm{N}\) beschleunigt \(1\,\mathrm{kg}\) mit \(1\,\mathrm{\frac{m}{s^2}}\).
• Wechselwirkungsgesetz (3. Gesetz): Kräfte treten paarweise auf – actio gleich reactio. Die Rakete stößt Gas nach hinten aus, das Gas treibt die Rakete nach vorn.

1. Welche Kraft beschleunigt einen \(900\,\mathrm{kg}\)-Kleinwagen mit \(2{,}5\,\mathrm{\frac{m}{s^2}}\)?
   Lösung

   \(F = 900 \cdot 2{,}5 = 2250\,\mathrm{N}\).
2. Erkläre mit dem Trägheitsgesetz, warum Kopfstützen im Auto bei einem Auffahrunfall Verletzungen verhindern.
   Lösung

   Beim Aufprall wird das Auto (und der Rumpf über den Sitz) ruckartig nach vorn beschleunigt; der Kopf bleibt wegen seiner Trägheit zunächst zurück. Die Kopfstütze beschleunigt ihn mit und verhindert das Überdehnen der Halswirbelsäule.
3. Ein Ball (\(0{,}4\,\mathrm{kg}\)) wird mit \(120\,\mathrm{N}\) geschossen. Welche Beschleunigung erfährt er während des Schusses?
   Lösung

   \(a = \frac{F}{m} = \frac{120}{0{,}4} = 300\,\mathrm{\frac{m}{s^2}}\).

1. Recherchiere, wie ein Airbag funktioniert, und erkläre seinen Nutzen mit \(F = m \cdot a\): Warum verringert eine längere Abbremszeit die Kraft auf den Kopf?