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Grundgesetz der Dynamik der Rotation

Bei der Translation gilt zwischen der Kraft F, der Masse m und der Beschleunigung a der grundlegende Zusammenhang F → = m ⋅ a → , das newtonsche Grundgesetz. Es wird auch als Grundgesetz der Dynamik der Translation bezeichnet. Für die Rotation starrer Körper gibt es ein analoges Gesetz, das Grundgesetz der Dynamik der Rotation. Es lautet:
Für den Zusammenhang zwischen dem an einem Körper angreifenden Drehmoment, seinem Trägheitsmoment und der Winkelbeschleunigung gilt die Gleichung:
M → = J ⋅ α → M Drehmoment J Trägheitsmoment α Winkelbeschleunigung

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Für die Rotation starrer Körper gibt es ein analoges Gesetz, das Grundgesetz der Dynamik der Rotation. Zu diesem Gesetz gelangt man auf formalem Wege, wenn man in das newtonsche Grundgesetz für die Größen der Translation die analogen Größen der Rotation einsetzt. Man erhält dann eine Gleichung, die als Grundgesetz der Dynamik der Rotation bezeichnet wird (Bild 1). Sie gibt den Zusammenhang zwischen dem auf einen drehbaren starren Körper wirkenden Drehmoment, seinem Trägheitsmoment und der Winkelbeschleunigung an und lautet:

Für den Zusammenhang zwischen dem an einem Körper angreifenden Drehmoment, seinem Trägheitsmoment und der Winkelbeschleunigung gilt die Gleichung:
M → = J ⋅ α → M Drehmoment J Trägheitsmoment α Winkelbeschleunigung

Das Drehmoment M = r ⋅ F ist ein axialer Vektor (Bild 1a) und hat die gleiche Richtung wie die Winkelbeschleunigung, die es hervorruft. Die Richtung ergibt sich durch Anwendung der Rechte-Hand-Regel (Korkenzieherregel): Zeigen die gekrümmten Finger der rechten Hand in Drehrichtung, so gibt der Daumen die Richtung des Drehmomentes und damit auch die Richtung der Winkelbeschleunigung an.

Gleichgewicht am starren Körper

Bei der Translation befindet sich ein Massepunkt dann im Gleichgewicht (Kräftegleichgewicht), wenn die Summe der auf ihn wirkenden Kräfte null ist.
Formal bedeutet das:
Für F = 0 bzw . ∑ i=1 n F → i = 0 → ist auch die Beschleunigung a = 0. Der Körper befindet sich in Ruhe oder in gleichförmiger geradliniger Bewegung .

In analoger Weise ergibt sich für einen drehbar gelagerten starren Körper:
Für M = 0 bzw . ∑ i=1 n M → i = 0 → ist auch die Winkelbeschleunigung α = 0. Der Körper befindet sich in Ruhe oder in gleichförmiger Drehbewegung .

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Grundgesetz der Dynamik der Rotation." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/grundgesetz-der-dynamik-der-rotation (Abgerufen: 19. May 2025, 19:14 UTC)

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Gewichtskräfte

Die Gewichtskraft gibt an, wie stark ein Körper auf eine Unterlage drückt oder an einer Aufhängung zieht.

Formelzeichen: F → G
Einheit:ein Newton (1 N)


Die Gewichtskraft kann mit der Gleichung F → G = m ⋅ g → berechnet werden. Sie ist wie jede andere Kraft eine gerichtete (vektorielle) Größe. Im Unterschied zur Masse ist die Gewichtskraft vom Ort abhängig, an dem sich der betreffende Körper befindet.
Ein spezieller Fall liegt vor, wenn die Kraft auf eine Unterlage oder eine Aufhängung null ist. Dann spricht man von Schwerelosigkeit oder Gewichtslosigkeit.

Kräfte und ihre Messung

Der Begriff Kraft wird im Alltag und in der Physik in vielfältiger Weise verwendet. Während der Alltagsbegriff mit unterschiedlichen Begriffsinhalten genutzt wird, ist die physikalische Größe Kraft eindeutig definiert:
Die Kraft gibt an, wie stark ein Körper bewegt oder verformt wird. Sie ist eine Wechselwirkungsgröße und eine vektorielle (gerichtete) Größe. Die Wirkung einer Kraft ist abhängig von ihrem Betrag, ihrer Richtung und ihrem Angriffspunkt.


Formelzeichen: F → Einheit: ein Newton (1 N) 1 N = 1 kg ⋅ m s 2
Man unterscheidet u.a. elektrische Kräfte, magnetische Kräfte, Reibungskräfte, Druckkräfte, Radialkräfte, Gewichtskräfte, Schubkräfte, Spannkräfte und Zugkräfte, Adhäsionskräfte und Kohäsionskräfte, innere Kräfte und äußere Kräfte voneinander.

Isaac Newton

* 04.01.1643 Woolsthorpe
† 31.03.1727 Kensington.

Er war ein englischer Physiker, Mathematiker und Astronom und einer der bedeutendsten Naturwissenschaftler der Geschichte. NEWTON entdeckte die Gravitation als universelle Kraft, die das Sonnensystem zusammenhält. Er fand die Grundgesetze der Mechanik und führte die Begriffe Kraft und Masse ein, entdeckte die Farbzerlegung des Lichtes und erklärte optische Erscheinungen mit seiner Korpuskeltheorie. In der Mathematik leistete NEWTON einen entscheidenden Beitrag zur Entwicklung der Differentialrechnung.

Reibung und Reibungskräfte

Wenn Körper aufeinanderhaften, gleiten oder rollen, tritt Reibung auf. Dabei wirken zwischen den Körpern Kräfte, die als Reibungskräfte bezeichnet werden. Reibungskräfte sind immer so gerichtet, dass sie der Bewegung entgegenwirken und diese hemmen oder verhindern.
Die wesentliche Ursache für das Auftreten von Reibungskräften liegt in der Oberflächenbeschaffenheit der Körper begründet.
Je nach der Art der Bewegung der Körper aufeinander unterscheidet man zwischen Haftreibung, Gleitreibung und Rollreibung. Die betreffenden Kräfte werden als Haftreibungskraft, Gleitreibungskraft und Rollreibungskraft bezeichnet.

Das Trägheitsgesetz (1. newtonsches Gesetz)

Das von GALILEO GALILEI (1564-1642) gefundene Trägheitsgesetz lautet:
Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger geradliniger Bewegung, solange die Summe der auf ihn wirkenden Kräfte null ist.
v → = konstant bei F → = ∑ i = 1 n F → i = 0
ISAAC NEWTON (1643-1727) formulierte dieses Gesetz in klarer Form in Rahmen seiner newtonschen Mechanik. Es wird deshalb auch als 1. newtonsches Gesetz bezeichnet.

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