PhysProf - Zweites Newtonsches Gesetz

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Zweites Newtonsches Gesetz


Das Programmmodul [Mechanik II] - [Zweites Newtonsches Gesetz] bietet eine Möglichkeit, das Prinzip des Zweiten Newtonschen Gesetzes zu analysieren.

PhysProf - Zweites Newtonsches Gesetz

Newtonsche Axiome:

1. Trägheitsprinzip:

Ein Körper beharrt im Zustand der Ruhe oder der gleichförmig geradlinigen Bewegung, solange keine äußeren Einflüsse auf ihn wirken. Die vektorielle Geschwindigkeit eines sich kräftefrei bewegenden Körpers ist also (in Betrag und Richtung) konstant.

2. Kraftwirkungsprinzip: (Aktionsprinzip, "Grundgesetz der Mechanik")

Wirkt eine Kraft F auf einen frei beweglichen Körper mit der Masse m, so wird der Körper beschleunigt. Die Beschleunigung ist der Kraft proportional und hat deren Richtung:

F = m·a

F: Kraft [N]

m: Masse [kg]

a: Beschleunigung [m/s²]
 

3. Wechselwirkungsprinzip: (actio = reactio)

Übt ein Körper A auf einen Körper B eine Kraft aus (actio, Aktionskraft), so übt B auf A eine gleich große, aber entgegengesetzte Kraft aus, welche als Gegenkraft (reactio, Reaktionskraft) bezeichnet wird.

Mit Hilfe des Zweiten Newtonschen Axioms wird es ermöglicht, die Beschleunigung eines Körpers zu berechnen, wenn seine Masse m und die auf ihn wirkende Kraft bekannt sind. Wirken mehrere Kräfte auf einen Körper ein, so ist hierfür die resultierende Kraft zu ermitteln.

Programmbedienung

Das in diesem Modul dargestellte Modell erlaubt es, das Zweite Newtonsche Gesetz mit Hilfe zweier Körper, welche durch einen gewichtslosen, nicht dehnbaren Faden über eine Rolle miteinander verbunden sind, zu studieren.

Legen Sie mit Hilfe des zur Verfügung stehenden Rollbalkens m die linksseitig vorhandene Masse m1 fest. Die rechtsseitig angezeigte Masse m2 wird beschrieben mit: m2 = m1 + Δm. Den Wert für Dm stellen Sie durch eine Positionierung des Rollbalkens Δm ein. Hierbei wird bei einer Positionierung dieser Rollbalken die auftretende Beschleunigung a ausgegeben.

Bedienen Sie die Schaltfläche Start, so wird eine Simulation gestartet. Das Programm gibt während der Durchführung des Simulationsablaufs die Werte für die momentan vorhandene Geschwindigkeit v, die verstrichene Zeit t sowie für den von den Körpern bis dahin zurückgelegten Weg s aus. Zudem zeigt das Programm den Drehwinkel an, den die Mittelachse der Rolle bzgl. der Vertikalen besitzt. Beim Ablauf dieser Animation wird u.a. ersichtlich, dass die Beschleunigung a konstant bleibt, während sich die Geschwindigkeit v mit zunehmender Drehposition des Rades erhöht.

Eine Benutzung der Schaltfläche Urzustand versetzt die Darstellung wieder in den Anfangszustand.
 

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