Trägheitsprinzip

Warum fliegt eine Rakete im All auch ohne Antrieb weiter? Warum fällt ein Fahrrad um, wenn du es kräftig mit einem Ball abschießt, ein Auto aber nicht?

Den Grund hierfür beschreibt das Trägheitsprinzip, welches auch das erste Newtonsche Gesetz ist.

Was ist das Trägheitsprinzip?

simpleclub erklärt dir, was du zum Trägheitsprinzip wissen solltest!

Trägheitsprinzip einfach erklärt

Rakete im Weltall

Jans Rakete bewegt sich im All auch ohne Antrieb weiter vorwärts:

  • Im All befindet man sich im Vakuum, das heißt dort herrschen keine Reibungskräfte.
  • Auf die Rakete wirkt also keine Kraft, die sie abbremst oder deren Richtung verändert.
  • Da die Rakete sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, und keine Kraft auf sie wirkt, fliegt sie einfach unverändert mit gleicher Geschwindigkeit geradeaus weiter.
  • Keine Krafteinwirkung auf die Rakete heißt also auch keine Änderung der Bewegung.

Rakete beim Schweben

 Eine Rakete schwebt über der Erde. Sie wird dabei von der Erde mit der Gewichtskraft FG angezogen. Der Antrieb der Rakete übt aber eine Kraft nach oben aus, so dass die Rakete im Kräftegleichgewicht ist.

Jans Rakete schwebt in einer konstanten Höhe über der Erde. Wenn sich Jans Rakete der Erde nähert, dann kommt sie in das Schwerefeld der Erde.

  • Das heißt, die Erde zieht die Rakete an.
  • Die Rakete wird durch die Erdanziehungskraft nach unten beschleunigt.
  • Durch Einschalten seines Antriebs kann Jan die Rakete nach oben beschleunigen.
  • Die Kraft des Antriebs wirkt nun also der Erdanziehungskraft entgegen.
  • Die zwei Kräfte heben sich auf.
  • Insgesamt ist also die Summe der Kräfte auf die Rakete null, denn die beiden Kräfte heben sich ja auf.
  • Die Rakete ist in Ruhe - und bleibt das auch.
  • Das heißt der Bewegungszustand ändert sich nicht.

Trägheitsprinzip Definition

Das Trägheitsprinzip ist das erste Newtonsche Gesetz.

Es sagt aus, dass ein Körper seinen Bewegungszustand beibehält, solange keine Kraft auf ihn wirkt oder aber die Summe der Kräfte sich aufhebt.

Das heißt:

  • Ist ein Körper in Ruhe und die Kräfte, die auf ihn wirken, heben sich gegenseitig auf oder es wirken überhaupt keine Kräfte, dann bleibt der Körper auch in Ruhe.
  • Ist ein Körper in Bewegung und die Kräfte, die auf ihn wirken, heben sich gegenseitig auf oder es wirken überhaupt keine Kräfte, dann behält der Körper seine geradlinige Bewegung bei.

Trägheitsprinzip und Reibung

Rollen eines Autos

Jan fährt mit seinem Auto auf der Straße und geht vom Gas. Laut dem Trägheitsprinzip müsste er der Theorie nach nun mit gleichbleibender Geschwindigkeit geradeaus weiterfahren.

Diese Vorstellung entspricht aber nicht der Realität, denn auf der Erde wirken immer Reibungskräfte. Diese Reibungskraft bremst das Auto ab, weshalb Jan langsamer wird.

Das Trägheitsprinzip wird hier aber trotzdem nicht verletzt, denn es wirkt ja eine Kraft auf das Auto, nämlich die Reibungskraft.

Masse als Maß für die Trägheit eines Objektes

Unterschiedliche Objekte ändern ihren Bewegungszustand unterschiedlich leicht. Das heißt, auf manche Objekte muss eine geringere Kraft wirken, um deren Bewegungszustand zu ändern, als auf andere.

Man spricht von der Trägheit von Objekten. Ein Maß für die Trägheit ist die Masse.

Je höher die Masse eines Objektes, desto höher ist deren Trägheit.

Sieh dir die Animation an. Du siehst ein Motorrad, ein Auto und einen LKW, die alle mit der gleichen Kraft F beschleunigt bzw. abgebremst werden. Aufgrund der unterschiedlichen Massen und der damit unterschiedlichen Trägheiten ändert sich der Bewegungszustand des Motorrads am schnellsten und der des LKW am langsamsten. Das Motorrad hat die geringste Masse und somit die geringste Trägheit. Es ändert seinen Bewegungszustand deshalb viel schneller als das Auto und der LKW.


Trägheitsprinzip Beispiele

Jan auf der Couch

Wenn Jan stundenlang auf der Couch sitzt, bewegt er sich nicht, denn ...

  • auf ihn wirkt zwar die Erdanziehungskraft, die ihn nach unten beschleunigen will.
  • Gleichzeitig übt die Couch aber eine entgegen gerichtete gleich große Kraft nach oben aus.
  • Zusammen heben sich die zwei auf Jan wirkenden Kräfte auf.
  • Weil sonst keine Kraft auf Jan wirkt, ist die Summe der Kräfte 0, also behält Jan seinen Bewegungszustand bei.
  • Und da er sich nicht bewegt, ist sein Bewegungszustand also in Ruhe.

Fahrrad vs. Auto

Jan schießt mit seinem Fußball aufs Tor. Statt dem Tor trifft er aber ein Fahrrad. Dieses fällt durch die Krafteinwirkung des Balls um.

Die Masse des Fahrrads ist gering, deshalb auch seine Trägheit. Die Kraft des Balles reicht also aus, um den Bewegungszustand des Fahrrads zu ändern.

Jan trifft beim nächsten Schuss wieder nicht das Tor, sondern ein Auto. Diesmal prallt der Ball aber einfach ab. Das Auto bleibt einfach unverändert stehen.

Die Masse des Autos ist größer, als die des Fahrrads. Die Trägheit des Autos ist zu groß, um den Bewegungszustand durch die Krafteinwirkung des Balls merklich zu verändern.

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