Newtons zweites Gesetz
Wenn eine resultierende Kraft auf ein Objekt wirkt, beschleunigt es — es wird schneller, langsamer oder ändert seine Richtung. Je größer die Kraft, desto größer die Beschleunigung; je massereicher das Objekt, desto kleiner die Beschleunigung.
Die Formel
F = m · a
- F — Kraft (N): die resultierende Schub- oder Zugkraft, die auf das Objekt wirkt
- m — Masse (kg): wie viel Materie das Objekt enthält — sein Widerstand gegen Beschleunigung
- a — Beschleunigung (m/s²): wie schnell sich die Geschwindigkeit des Objekts jede Sekunde ändert
Durchgerechnetes Beispiel
Ein 2 kg schwerer Wagen auf einem reibungsfreien Boden wird mit einer gleichmäßigen 8 N Kraft geschoben. Wie schnell wird er?
- m = 2 kg
- F = 8 N
- a = F / m
- a = 8 N / 2 kg
a = 4 m/s²
Teste dich selbst
Die gleiche 8 N Schubkraft wirkt jetzt auf einen schwereren 4 kg Wagen. Wie groß ist seine Beschleunigung?
- 4 m/s²
- Richtige Antwort: 2 m/s²
- 32 m/s²
Richtig! Verdoppelung der Masse halbiert die Beschleunigung: 8 N ÷ 4 kg = 2 m/s².
Damit der ursprüngliche 2 kg Wagen die doppelte Beschleunigung (8 m/s²) erhält, muss die Kraft …
- Richtige Antwort: 16 N
- 4 N
- 8 N
Genau — Beschleunigung ist proportional zur Kraft: F = 2 kg × 8 m/s² = 16 N.
Wo du das siehst
Ein Einkaufswagen ist leicht zu schieben, wenn er leer ist, und schwer zu schieben, wenn er mit Lebensmitteln beladen ist — gleiche Kraft, weniger Beschleunigung, weil die Masse zugenommen hat. Der Motor eines Autos fühlt sich schwächer an, wenn er einen Anhänger zieht, aus dem gleichen Grund: die Nettokraft bleibt ähnlich, aber die kombinierte Masse ist viel größer.
Häufige Fehler
Ein verbreiteter Irrtum ist, dass Kraft benötigt wird, um etwas mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen — eine Kraft wird nur benötigt, um die Geschwindigkeit zu ändern, und ein Objekt in Bewegung mit Nettokraft null bewegt sich für immer mit der gleichen Geschwindigkeit. Ein anderer ist, F = ma als „Kraft verursacht Geschwindigkeit“ statt als „Kraft verursacht Beschleunigung“ zu interpretieren — eine große Kraft auf eine große Masse kann immer noch eine winzige Beschleunigung erzeugen.
Wie es sich verbindet
Das baut direkt auf freiem Fall und Projektilbewegung auf, wo die Schwerkraft bereits Objekte beschleunigte — Newtons zweites Gesetz erklärt diese Beschleunigung als F = ma, wobei F das Gewicht des Objekts ist. Es führt zu Impulserhaltung, die wirklich Newtons zweites und drittes Gesetz angewendet auf zwei Objekte sind, die gleichzeitig aufeinander drücken.