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Kraft und Arbeit - Einführung und Definition

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Was ist Arbeit?
   Der Bauer zieht mit seinem Traktor einen umgekippten Baumstamm aus seinem Feld heraus.
Der Traktor arbeitet: Er zieht mit einer Kraft eine ganze Weg-Strecke lang, bis der Baumstamm auf der Straße liegt.
Bei der Arbeit spielen also die Kraft (des Traktors) und der Weg (entlang dem, der Traktor kräftig zieht) eine Rolle. Wobei der Weg als Länge gemessen werden kann.
Es ist also sinnvoll, die Arbeit wie folgt festzulegen (zu definieren):
     
   

"Arbeit" ist gleich mit "Kraft mal dem Weg",
auf dem die Kraft wirkt.
     
Mehr zu den Grundgrößen:
Länge , Masse und Zeit
 

Führen wir Buchstaben (Variable) für die Arbeit (kurz: W wie work), den Weg (kurz: s wie Strecke) und die Kraft (kurz: F wie force) ein, so lässt sich schreiben und rechnen:

     
Was aber ist Kraft?

  Wenn ihr das Wort "Kraft" hört, dann straffen viele von euch automatisch die Bein- oder Armmuskeln und tun so, als ob sie lossprinten wollten oder eine Kugel stoßen wollten. Man kann also auch sagen: Geschwindigkeitsänderungen sind die Folge einer einwirkenden Kraft.
Betrachten wir nach dieser ersten Vorüberlegung nun einen hochgehaltenen Stein. Er würde, wenn er nicht gehalten würde, auf die Erde herunterfallen. Er wird von der Erde durch eine Kraft angezogen. Und über diese Kraft können wir folgendes aussagen:
1. Die Kraft, die ihr im Arm spürt, ist umso größer, je schwerer der Stein ist. Die Kraft hängt von der Masse (dem Gewicht) ab.
2. Die Formveränderung am Boden, also die wirkende Kraft, hängt von der zunehmenden Geschwindigkeit (= Beschleunigung) ab, mit der der Stein auf die Erde auftrifft.

Es ist also sinnvoll, die Kraft wie folgt festzulegen (zu definieren):
     
   

"Kraft" ist gleich mit "Masse mal der Beschleunigung", die auf den Körper einwirkt.
     
    Führen wir Buchstaben (Variable) für die Kraft (kurz: F wie force), die Masse (kurz: m wie mass) und die Beschleunigung (kurz: a wie acceleration) ein, so lässt sich schreiben und rechnen:

     
 
     
Ideen für mögliche, selbstorganisierte
Übungen:


Newtons naturphilosophische Erkenntnis geht über die von Kepler und Galilei hinaus. Er formuliert ein umfassendes Gravitationsgesetz.
Der legendäre "Apfel" fällt nach denselben Gesetzen auf die Erde, wie sich in unserem Plantetensystem die Erde
und die Planeten um die
Sonne drehen.
 
Newton schreibt in seiner "Philosophiae Naturalis":
 
Sir Isaac Newton mit seiner Familie;
siehe auch: Kurz-Biografie von Newton
     
"Ich habe bisher die Erscheinungen der Himmelskörper und die Bewegungen des Meeres durch die Kraft der Schwere erklärt, aber ich habe nirgends den Grund der letzteren angegeben. Diese Kraft rührt von irgend einer Ursache her, welche bis zum Mittelpunkte der Sonne und der Planeten dringt, ohne irgend etwas von ihrer Wirksamkeit zu verlieren."
 
  • Diskutiert miteinander das Newtonsche Gravitationsgesetz.
  • Diskutiert ebenfalls, dass für Newton nicht mehr die Kreisbewegung die Urform der Bewegung ist, wie es Aristoteles und auch noch Kopernikus formulierten, sondern die gleichförmige geradlinige Bewegung.
  • Diskutiert insbesondere, warum die Kreisbahn ein Sonderfall ist, der durch Einwirkung einer Kraft entsteht.

    Für Newton existieren ein absoluter, leerer Raum sowie eine absolute Zeit. Und: Raum und Zeit sind unabhängig voneinander.
Mehr zur selbstständigen, mathematisierden Denk-Arbeit:
Die Newtonschen Axiome und Klassische Mechanik
  • Erst etwa 200 Jahre später, solange waren Newtons Erkenntnisse gültig, formuliert Einstein, dass Raum und Zeit relative Größen sind.
Mehr zur selbstständigen, mathematisierden Denk-Arbeit:
Relativistische Physik und Quantenmechanik
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