Dynamik (1): Ein Überblick 02.09.2014, 06:24
Spätestens der tec.LEHRERFREUND-Beitrag zum ersten Strahlflugzeug HE 178 berührte das physikalische Teilgebiet der Dynamik. Weil das mehr als schwierige Thema der Behandlung in universitären Studiengängen vorbehalten ist, begnügen wir uns mit einem kurzen Überblick.
Dynamik
Die Statik ist das Teilgebiet der Mechanik, das sich mit dem Gleichgewicht von Kräften an ruhenden Körpern befasst.
Die Dynamik ist das Teilgebiet der Mechanik, das die Bewegung von Körpern/Massen unter dem Einfluss von Kräften beschreibt.
Jede Masse hat zwei wesentliche Eigenschaften: Sie ist schwer und sie ist träge. »Träge sein« bedeutet, dass die Masse jedem Versuch, ihren Bewegungszustand zu ändern, eine Widerstandskraft entgegensetzt. Diese Kraft heißt Trägheitskraft.
Die grundlegenden Gesetze der Dynamik wurden bereits von Newton formuliert.
Bei einem sich bewegenden Körper spielen drei Größen eine Rolle: Kraft F (in Newton), Masse m (in Kilogramm) und Beschleunigung a (in m/s2). Wirkt auf einen Körper eine gleichbleibende Kraft ein (beispielsweise durch eine immer gleich stark gedehnte Schraubenfeder), erzeugt sie an diesem Körper eine konstante Beschleunigung.
Das Newtonsche Gesetz von Wirkung und Gegenwirkung (actio = reactio oder: Ursache = Wirkung) besagt:
Übt ein Körper A auf einen Körper B die Kraft F aus, dann übt B auf A die entgegengesetzte Kraft F aus.
In der klassischen Physik versteht man unter Kraft eine äußere Einwirkung, die einen festgehaltenen Körper verformen und einen beweglichen Körper beschleunigen kann. Die international verwendete Einheit für Kraft ist das Newton.
So ist es unmöglich, eine Kraft auszuüben, wenn keine Gegenkraft vorhanden ist. Stehe ich als Person auf dem Boden, dann muss der Boden unter mir mit einer Kraft gegenhalten, die genau meinem Gewicht entspricht und senkrecht nach oben gerichtet ist. Zieht man mir den mich stützenden Boden weg, fällt auch die Gegenkraft weg; der Sturz in die Tiefe ist nicht aufzuhalten.
Im Beitrag zum ersten Strahlflugzeug HE 178 war von Impuls und Impulserhaltung die Rede. Was ist der Impuls?
Der Impuls ist eine physikalische Größe, die die Bewegung eines Körpers kennzeichnet. Der Impuls eines Körpers ist definiert als das Produkt aus seiner Masse m und seiner Geschwindigkeit v.
Trägheit
Will man einen bewegten Körper beschleunigen oder abbremsen, benötigt man eine Kraft, d. h.: Körper setzen einer Bewegungsänderung einen Widerstand entgegen, die Trägheitskraft FT. Massen wehren sich gewissermaßen dagegen, dass sie beschleunigt oder gebremst werden sollen, sie wollen in ihrer Lage verharren. Mit diesem Beharrungsvermögen drückt im Beispiel unten der Körper des Piloten nach rechts und mindert damit die Vortriebskraft.
Je größer die Kraft F ist, desto größer ist die Beschleunigung a. Das Verhältnis Kraft zu Beschleunigung ist eine Größe, die den betrachteten Körper kennzeichnet; es ist seine Masse m:
Masse = Kraft : Beschleunigung, oder
m = F : a [kg • s2 /m], daraus ergibt sich: F = m • a
Nach dem Newtonsche Gesetz von Wirkung und Gegenwirkung erzeugt F die Gegenkraft FT.
Ein späterer Beitrag »Dynamik (2): Dynamisches Gleichgewicht« setzt sich mit beschleunigten Vorgängen auseinander.
