Newtons zweites Gesetz, auch Beschleunigungsgesetz genannt, besagt, dass die Beschleunigung eines Objekts von der auf es wirkenden Nettokraft und seiner Masse abhängt. Vereinfacht ausgedrückt: Wenn Sie mehr Kraft auf ein Objekt ausüben, wird es stärker beschleunigt, und wenn das Objekt mehr Masse hat, wird es bei gleicher Kraft weniger beschleunigt.
Um dieses Gesetz besser zu verstehen, schauen wir uns zehn praktische Beispiele an:
1. Einen Einkaufswagen schieben
Wenn Sie einen leeren Einkaufswagen schieben, lässt er sich leicht bewegen, da er wenig Masse hat.
Wenn man auf ein leeres Auto eine Kraft ausübt, beschleunigt es schnell. Wenn der Einkaufswagen voller Einkäufe ist und mehr wiegt, ist die Beschleunigung bei gleicher Kraft deutlich geringer.
Dies zeigt, wie sich die Masse auf die Beschleunigung auswirkt: Je größer die Masse, desto geringer ist die Beschleunigung bei gleicher Kraft.
2. Wirf einen Baseball
Angenommen, Sie werfen einen Baseball sehr hart. Der Ball hat eine geringe Masse und beschleunigt daher viel schneller als ein schwererer Gegenstand.
Dieses Beispiel zeigt, wie eine beträchtliche Kraft in einem Objekt mit geringer Masse eine hohe Beschleunigung erzeugen kann.
3. Halten Sie ein Auto an
Wenn ein Auto bremst, wird eine Kraft nach hinten ausgeübt, um seine Geschwindigkeit zu verringern. Wenn ein schweres Auto mit erheblicher Kraft abgebremst wird, ist seine Verzögerung proportional zur aufgebrachten Kraft und zur Masse des Autos.
Dabei wird die kinetische Energie des Fahrzeugs in Wärmeenergie umgewandelt, die aufgrund der Reibungskraft der Bremsen an die Umgebung abgegeben wird.
4. Ziehen Sie ein Kästchen auf den Boden
Stellen Sie sich vor, Sie ziehen eine Kiste mit einer Kraft über den Boden. Wenn die Kiste wenig Masse hat, bewegt sie sich schneller. Wenn die Kiste schwerer ist und man die gleiche Kraft aufwendet, ist die Beschleunigung geringer.
In diesem Beispiel ist die resultierende Kraft, die in der Formel des zweiten Newtonschen Gesetzes angewendet wird, die von uns ausgeübte Kraft minus der Reibungskraft des Bodens, die immer entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung ist.
5. Laufen mit Rucksack
Wenn Sie mit einem leichten Rucksack auf dem Rücken laufen und eine Vorwärtskraft ausüben, ist die Beschleunigung hoch. Wenn Sie einen schwereren Rucksack tragen, führt die gleiche Kraft zu einer geringeren Beschleunigung.
Wenn Sie gleichzeitig einen Berg besteigen, müssen Sie proportional zur Masse des Rucksacks die Schwerkraft überwinden.
6. Mit dem Fahrrad einen Berg besteigen
Wenn Sie einen Berg hinauffahren, müssen Sie wie beim Rucksack im vorherigen Beispiel genügend Kraft aufbringen, um die Schwerkraft und den Widerstand des Geländes zu überwinden.
Wenn Sie und Ihr Fahrrad wenig Masse haben, ist die Aufwärtsbeschleunigung größer. Wenn Sie mehr Last tragen und die Gesamtmasse größer ist, führt die gleiche Kraft zu einer geringeren Beschleunigung.
Andererseits müssen Sie auch eine horizontale Kraft ausüben, die größer ist als die Reibungskraft mit dem Boden und den Lagern, um eine lineare Beschleunigung zu erzielen.
7. Mit dem Flugzeug abheben
Beim Start muss ein Flugzeug genügend Kraft erzeugen, um die Schwerkraft zu überwinden und Fluggeschwindigkeit zu erreichen. Wenn das Flugzeug eine große Masse hat, benötigt es eine beträchtliche Kraft zum Beschleunigen.
Das Verhältnis zwischen der ausgeübten Kraft und der Masse des Flugzeugs bestimmt seine Beschleunigung beim Start. Aus diesem Grund muss die Belastung des Flugzeugs so berücksichtigt werden, dass sie im Verhältnis zur Motorleistung nicht zu hoch ist.
8. Starten Sie eine Rakete ins All
Ein Raketenstart ist ein hervorragendes Beispiel für Newtons zweites Gesetz. Beim Abschuss einer Rakete ist eine große Kraft erforderlich, um die Schwerkraft und den Luftwiderstand zu überwinden. Wenn die Rakete eine große Masse hat, benötigt sie eine große Kraft, um eine hohe Beschleunigung zu erreichen.
Da die Rakete Treibstoff verbrennt und an Masse verliert, erhöht sich die Beschleunigung, wenn die Kraft konstant bleibt. Darüber hinaus nimmt die Gravitationskraft mit der Entfernung vom Erdmittelpunkt ab, was zur Erhöhung der Beschleunigung der Rakete beiträgt.
9. Schieben Sie einen Stuhl
Wenn Sie einen leichten Stuhl schieben, lässt er sich mit wenig Kraftaufwand leicht bewegen. Wenn der Stuhl schwerer ist oder jemand darauf sitzt, führt die gleiche Kraft zu einer geringeren Beschleunigung.
Dieses Beispiel lässt sich leicht reproduzieren, um zu zeigen, wie sich die Masse des Objekts auf die Beschleunigung auswirkt, wenn eine Kraft ausgeübt wird.
10. Freier Fall mit Luftwiderstand
Beim freien Fall eines Objekts umfasst die Nettokraft die Schwerkraft und den Luftwiderstand.
Wenn ein Ball mit der Schwerkraft fällt und der Luftwiderstand erheblich ist, ist die Fallbeschleunigung geringer, als wenn es keinen Luftwiderstand gäbe, gemäß den Gesetzen, die die Strömungsmechanik regeln.