Mechanik - Physik.

« einem Punkt der Tür aus, der am weitesten von der Türangel entfernt ist.

Dadurch wird ein maximales Drehmoment erzeugt.

Würde man die Tür in der Mitte zwischen Griffund Angel mit der gleichen Kraft aufdrücken, hätte das Drehmoment nur die Hälfte seiner vorherigen Größe.

Würde die Kraft parallel zur Tür ausgeübt werden, also auf dieKante, wäre das Drehmoment null.

Damit sich ein Körper im Gleichgewicht befindet, müssen die Drehmomente, die im Uhrzeigersinn auf eine beliebige Achse wirken, durchDrehmomente, die gegen den Uhrzeigersinn auf diese Achse wirken, aufgehoben werden.

Wenn sich die Drehmomente für jede beliebige Achse aufheben, heben sie sichauch für alle Achsen auf. 6 DIE DREI NEWTON’SCHEN BEWEGUNGSGESETZE Newtons erstes Bewegungsgesetz besagt, dass ein Körper in Ruhe bleibt oder sich mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt, wenn die Vektorensumme der auf denKörper einwirkenden Kräfte null ist.

Wenn die einwirkende Kraft null ist, dann ist seine Geschwindigkeit nicht unbedingt auch gleich Null.

Wenn keine Kräfte auf ihneinwirken (auch keine Reibung), dann setzt ein bewegter Körper seine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit fort. 6.1 Das zweite Gesetz Newtons zweites Gesetz stellt eine Beziehung zwischen Nettokraft und Beschleunigung her.

Eine Nettokraft, die auf ein Objekt einwirkt, beschleunigt dieses – d.

h., sieändert seine Geschwindigkeit.

Die Beschleunigung ist proportional zur Größe der Kraft und wirkt in die gleiche Richtung wie die Kraft.

Die Proportionalitätskonstante ist dieMasse m des Körpers Im Internationalen Einheitensystem (auch SI; nach den Anfangsbuchstaben von Système International) wird die Beschleunigung a in Metern pro Quadratsekunde gemessen, Masse wird in Kilogramm gemessen, die Kraft F in Newton.

Ein Newton ist definiert als die Kraft, die notwendig ist, um einer Masse von einem Kilogramm eine Beschleunigung von einem Meter pro Quadratsekunde zu vermitteln. Ein Körper mit einer größeren Masse erfordert eine größere Kraft für eine vorgegebene Beschleunigung als ein Körper mit weniger Masse.

Die physikalische GrundgrößeMasse wird nicht nur als Maß für die Trägheit eines Körpers (sein Bestreben, seine Geschwindigkeit beizubehalten) verwendet.

Sie ist auch ein Maß für diegravitationsbedingte Anziehung, die der Körper auf andere Körper ausübt.

Trägheit und Gravitation werden also durch die gleiche Erscheinung bestimmt.

Demzufolge ist esunmöglich zu unterscheiden, ob ein gegebener Punkt in einem Gravitationsfeld oder in einem beschleunigten Bezugsrahmen liegt.

Einstein machte dies zu einem derEcksteine seiner allgemeinen Relativitätstheorie, die die derzeit akzeptierte Gravitationstheorie darstellt. 6.2 Reibung Reibung wirkt wie eine Kraft, die gegen die Geschwindigkeit eines Körpers aufgebracht wird.

Bei trockener Gleitreibung ist die Reibungskraft fast unabhängig von derGeschwindigkeit.

Die Reibungskraft hängt in diesem Fall auch nicht von der offensichtlichen Kontaktfläche zwischen einem Körper und der Oberfläche ab.

Die tatsächlicheKontaktfläche ist relativ klein – d.

h.

die Fläche, auf der sich die mikroskopisch kleinen Unebenheiten auf dem Körper und auf der Gleitfläche tatsächlich gegenseitigberühren.

Wenn sich der Körper über die Gleitfläche bewegt, stoßen die winzigen Unebenheiten auf dem Körper und auf der Gleitfläche zusammen, und es erfordert Kraft,um die Unebenheiten aneinander vorbei zu bewegen.

Die tatsächliche Kontaktfläche hängt von der senkrechten Kraft zwischen Körper und Gleitfläche ab.

Häufig entsprichtdiese Kraft dem Gewicht des gleitenden Körpers.

Wenn der Körper jedoch in einem Winkel zur Horizontalen geschoben wird, wird die nach unten wirkende senkrechteKomponente der Kraft zum Gewicht des Körpers hinzugerechnet.

Die Reibungskraft ist proportional zur gesamten senkrechten Kraft. Wo Reibung vorliegt, kann Newtons zweites Gesetz wie folgt erweitert werden: Wenn sich ein Körper jedoch durch eine Flüssigkeit bewegt, hängt die Größe der Reibung von der Geschwindigkeit ab.

Für die meisten Körper von menschlicher Größe, diesich in Wasser oder Luft (mit Unterschallgeschwindigkeit) bewegen, ist die entstehende Reibung proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit.

Newtons zweites Gesetzwird dann zu Die Proportionalitätskonstante k ist charakteristisch für die beiden Materialien, die sich aneinander vorbei bewegen und hängt von den Kontaktflächen zwischen den beiden Oberflächen und vom Grad der Stromlinienförmigkeit des bewegten Körpers ab. 6.3 Das dritte Gesetz Newtons drittes Gesetz besagt, dass ein Körper, der eine Kraft auf einen anderen Körper ausübt, eine Gegenkraft erfährt.

Die Kraft, die der erste Körper auf den zweitenausübt, muss die gleiche Größe haben wie die Kraft, die der zweite Körper auf den ersten ausübt.

Kraft und Gegenkraft wirken in der entgegengesetzten Richtung. Newtons drittes Gesetz fordert auch die Erhaltung des Impulses.

Der Impuls ist das Produkt aus Masse und Geschwindigkeit.

In einem abgeschlossenen System, auf daskeine äußeren Kräfte einwirken, muss der Impuls gleich bleiben. Eine weitere sehr bedeutende Größe, die beibehalten wird, ist der Drehimpuls.

Der Drehimpuls eines rotierenden Körpers hängt von seiner Rotationsgeschwindigkeit, seinerMasse und der Entfernung der Masse von der Achse ab.

Wenn sich ein Schlittschuhläufer auf (fast) reibungslosem Eis immer schneller dreht, wird der Drehimpuls trotz dersteigenden Geschwindigkeit beibehalten.

Zu Beginn der Drehung streckt der Schlittschuhläufer die Arme aus.

Ein Teil seiner Masse hat daher einen großen Radius.

Wenn derSchlittschuhläufer die Arme senkt, verringert er deren Entfernung von der Rotationsachse.

Die Rotationsgeschwindigkeit muss nun zunehmen, um den Drehimpuls konstantzu halten. 7 ENERGIE Die Größe, die als Energie bezeichnet wird, verbindet alle Zweige der Physik.

Auf dem Gebiet der Mechanik muss Energie für die Verrichtung von Arbeit zur Verfügungstehen; Arbeit ist definiert als das Produkt aus Kraft und dem Weg, den ein Körper in Richtung der Kraft zurücklegt.

Wenn eine Kraft auf einen Körper ausgeübt wird, dieseraber nicht bewegt wird, wird auch keine Arbeit verrichtet.

Energie und Arbeit werden in denselben Einheiten gemessen – z.

B.

Joule. Wenn Arbeit verrichtet wird, um einen Körper auf eine größere Höhe zu heben, wird Energie in Form von Lageenergie (potentieller Energie) gespeichert.

Es gibt viele andereEnergieformen: potentielle elektrische und magnetische Energie; kinetische Energie; Energie in gespannten Federn, in komprimierten Gasen, in Molekülbindungen;Wärmeenergie und Masse selbst.

Bei allen Umwandlungen von einer Energieform in eine andere bleibt die Gesamtenergie erhalten.

Wenn z.

B.

Arbeit verrichtet wird, umeinen Gummiball anzuheben, wird die Lageenergie vergrößert.

Wenn der Ball dann fallengelassen wird, wird die Lageenergie in kinetische Energie umgewandelt.

Trifft derBall auf den Boden, wird er verformt, und es findet Reibung zwischen den Molekülen des Materials statt.

Diese Reibung wird in Wärme oder thermische Energieumgewandelt. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation.

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