Inhalt des Kurses

In diesem Kurs kannst du mit Experimenten und Erklärvideos herausfinden, wie ein Raumschiff ohne Antriebsraketen das ganze Weltall durchfliegen könnte, warum es beim Abschuss einer Pistolenkugel ein Rückstoß gibt und warum man Formel 1 Autos so leicht wie nur möglich bauen will.

Vorkenntnisse

Um den Kurs besser verstehen zu können, helfen dir die Erkenntnisse der Kurse “Wechselwirkung”, “Geschwindigkeit”, “gleichförmige und beschleunigte Bewegung”, sowie der Kurs “Masse und Trägheit”.

Kursdauer

Der Kurs dauert ca. 2 Stunden. Wenn du die Experimente selbst ausprobierst, etwas länger.

Die Raumsonde Voyager 1 ist 1977 ins Weltall gestartet und legte ohne Antriebsraketen schon weit über 20 Milliarden km zurück. Wie geht das? Wenn man auf der Erde einen Schnellzug auf 200 km/h beschleunigt und nicht weiter antreibt, wird der Zug bald einmal zum Stillstand kommen, oder?

Wenn die Voyager in den weiten des Weltalls ihre Antriebsraketen ausschaltet, bewegt sie sich mit der Geschwindigkeit weiter, die sie gerade hatte. Was sollte die Voyager aufhalten? Luft gibt es im Weltall nicht, Schwerkraft und Reibung auch nicht.

Allgemein ausgedrückt: Wenn ein Körper mit keinem anderen Körper wechselwirkt (keine Kräfte auf ihn wirken), dann bewegt er sich genauso weiter, wie er sich zu dieser Zeit bewegt hat. Er bleibt also in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung. Das wird auch Trägheitsgesetz genannt oder erstes Newton´sches Axiom.

Noch einmal zurück zu dem Beispiel mit dem Schnellzug: Auf der Erde gibt es im Gegensatz zum Großteil des Weltalls die Schwerkraft oder Massenwechselwirkung. Aufgrund der Schwerkraft wird der Zug gegen die Schienen gedrückt und die Schienen drücken gegen den Zug. Dabei entsteht Reibung. Außerdem gibt es auf der Erde Luft, die während des Fahrens die ganze Zeit gegen den Zug prallt (Luftwiderstand). Es wirken also Kräfte auf Zug. Deswegen wird er langsamer (beschleunigt negativ).

Während die Leistung der Motoren der Formel 1 Autos seit 2014 begrenzt wurde, sind die Autos in den letzten Jahrzehnten immer leichter geworden. Warum?

Mache das Experiment und/oder schau dir das Video dazu an.

Bei dem Experiment hast du bemerkt, dass die Geschwindigkeit nach dem Anstupsen beim Medizinball kleiner ist als beim Gymnastikball. Wie kannst du dir das erklären?

Bei dem Experiment hast du bemerkt, dass die Geschwindigkeit nach dem Anstupsen beim Medizinball kleiner ist als beim Gymnastikball.

Beide Bälle wurden mit der gleichen Kraft angestoßen. Da der Medizinball eine größere Masse hat als der Gymnastikball hat, ist er träger. Der Medizinball beschleunigt daher nicht so stark wie der Gymnastikball.

Das ist auch der Grund, warum man bei der Formel 1 die Autos immer leichter machen will. So gibt es bei gleicher Leistung des Autos eine größere Beschleunigung.

Das nennt man das zweite Newton´sche Gesetz. Mathematisch ausgedrückt sagt man: Kraft ist Masse mal Beschleunigung.

Warum bekommt man beim Abschuss einer Pistolenkugel einen Rückstoß? Und wie könnte man sich im Weltall fortbewegen, wenn man einen Werkzeugkoffer in den Händen hält?

Mach die Experimente und/oder schau dir die Videos dazu an.

Bei dem Experiment mit der Luftballonrakete hast du gesehen, dass sich der Luftballon nach vorne bewegt und wahrscheinlich gehört, dass die Luft nach hinten raus zischt. Beim Luftballonboot hast du ähnliches beobachtet. Kannst du daraus eine Regel erkennen?

Die Regel, die du vielleicht erkannt hast, lautet wie folgt: Wenn ein Körper beginnt, sich nach vorne zu bewegen, gibt es auch immer etwas, das sich nach hinten bewegt. Die Luft wird vom Luftballon nach hinten gedrückt und der Luftballon mit dem Strohhalm bewegt sich nach vorne. Genau dasselbe passiert beim Luftballonboot.

Bei dem Experiment mit den Federwaagen hast du gesehen, dass die Federwaagen immer den gleichen Wert anzeigen, egal an welcher Federwaage du wie stark ziehst.

Aus diesen Erkenntnisse kannst du dritte Newton´sche Gesetz (es heißt auch Wechselwirkungsprinzip) bilden:

Wenn zwei Körper miteinander wechselwirken, dann sind die daraus entstehenden Kräfte immer gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Die Kräfte wirken dabei auf unterschiedlichen Körpern.

Zum Beispiel wirkt eine Kraft auf den Ballon und die andere Kraft auf die Luftmoleküle. Beide Kräfte sind gleich groß. Wie stark die beiden Körper beschleunigt werden, hängt von ihrer Masse ab.

Zurück zur Ausgangsfrage: Beim Abschuss einer Pistolenkugel bekommst du einen Rückstoß, weil sich die Pistolenkugel blitzschnell nach vorne bewegt und die Pistole gleichzeitig nach hinten katapultiert wird. Im Weltall müsstest du dir vorher überlegen, in welche Richtung du dich bewegen willst. Wenn du das weißt, stößt du den Koffer in die entgegengesetzte Richtung weg.

Wenn ein Körper mit keinem anderen Körper wechselwirkt (keine Kräfte auf ihn wirken), dann bewegt er sich genauso weiter, wie er sich zu dieser Zeit bewegt hat. Er bleibt also in Ruhe oder in gleichförmiger Bewegung. Das wird auch Trägheitsgesetz genannt oder erstes Newton´sches Axiom.

Das zweite Newton´sche Gesetz, mathematisch ausgedrückt, lautet: Kraft ist Masse mal Beschleunigung.

Und abschließend, das dritte Newton´sche Gesetz: Wenn zwei Körper miteinander wechselwirken, dann sind die daraus entstehenden Kräfte immer gleich groß und entgegengesetzt gerichtet. Die Kräfte wirken dabei auf unterschiedlichen Körpern.