Das Wechselwirkungsprinzip einfach erklärt: 3. Newtonsches Gesetz

Stell dir vor, du stehst auf einem Skateboard und wirfst einen schweren Medizinball mit voller Kraft nach vorne. Was passiert mit dir? Du rollst automatisch nach hinten!

Warum ist das so? In der Physik gibt es eine eiserne Regel: Kräfte treten niemals alleine auf. Wenn du den Ball nach vorne drückst, drückt der Ball dich gleichzeitig nach hinten. In diesem Artikel lernen wir das sogenannte Wechselwirkungsprinzip (auch das dritte Newtonsche Gesetz genannt) kennen und finden heraus, warum jede Aktion eine gleich große Reaktion erzeugt.

Schnellantwort

Das Wechselwirkungsprinzip (drittes Newtonsches Gesetz) besagt: Wenn ein Körper A eine Kraft auf einen Körper B ausübt, dann übt Körper B eine gleich große und entgegengesetzt gerichtete Kraft auf Körper A aus. Kräfte treten in der Physik immer paarweise als Aktionskraft und Reaktionskraft auf.

Vorwissen

• Kraft als Vektor: Eine Kraft hat immer eine Stärke (Betrag) und eine Richtung. Wir zeichnen sie als Pfeil. Beispiel: Ein langer Pfeil nach rechts bedeutet eine starke Kraft, die nach rechts wirkt.
• Die Einheit Newton: Kräfte werden in der Einheit Newton ($\text{N}$) gemessen. Beispiel: Um eine Tafel Schokolade ($100 \text{ g}$) hochzuheben, brauchst du etwa $1 \text{ N}$ Kraft.

Aufgabentyp 1: Kraft und Gegenkraft bestimmen

Wenn du gegen eine schwere Tür drückst, spürst du einen Widerstand an deiner Hand. Die Tür drückt nämlich zurück! Dieses Phänomen nennt man das Wechselwirkungsgesetz (oder auch das dritte Newtonsche Gesetz).

Der physikalische Merksatz lautet:

Wenn ein Körper A eine Kraft auf einen Körper B ausübt, dann übt der Körper B eine gleich große und entgegengesetzt gerichtete Kraft auf den Körper A aus.

Man nennt diese beiden Kräfte oft Aktionskraft und Reaktionskraft (oder Kraft und Gegenkraft). Dabei sind drei Dinge besonders wichtig:

1. Beide Kräfte sind immer exakt gleich stark.
2. Sie zeigen in genau entgegengesetzte Richtungen.
3. Sie wirken immer auf zwei verschiedene Körper (niemals auf denselben!).

Kraft und Gegenkraft messen

Zweck: Wir wollen beweisen, dass die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern auf beide Körper exakt gleich stark wirkt.

Materialien: Zwei kleine Rollwagen, ein Magnet, ein Stück Eisen, zwei Federkraftmesser.

Durchführung:

1. Stelle den Wagen mit dem Magneten und den Wagen mit dem Eisen auf den Tisch, sodass sie sich gegenüberstehen.
2. Hake an der Rückseite jedes Wagens einen Federkraftmesser ein.
3. Halte beide Wagen mit den Kraftmessern fest, während der Magnet und das Eisen sich gegenseitig anziehen.

Beobachtung:

Der Magnet zieht den Eisenwagen an, und das Eisen zieht den Magnetwagen an. Wenn du auf die beiden Federkraftmesser schaust, zeigen beide exakt den gleichen Wert an (zum Beispiel $2 \text{ N}$).

Erklärung:

Der Magnet (Körper A) zieht mit einer Kraft von $\textcolor{#08BFFF}{2 \text{ N}}$ am Eisen (Körper B). Gleichzeitig zieht das Eisen mit exakt $\textcolor{#9570FF}{2 \text{ N}}$ in die andere Richtung am Magneten. Die Kräfte sind gleich groß und entgegengesetzt.

Schritt-für-Schritt-Anleitung

1. Finde die beiden Körper: Überlege genau, welche zwei Dinge miteinander wechselwirken. Nenne sie Körper A und Körper B.
2. Bestimme die Aktionskraft: Wer übt die erste Kraft aus? Beschreibe die Richtung: "Körper A drückt/zieht Körper B nach..."
3. Bestimme die Reaktionskraft: Drehe den Satz einfach um! Die Kraft ist gleich groß, aber die Richtung ist umgekehrt: "Körper B drückt/zieht Körper A nach..."

Durchgerechnete Beispiele

Wichtige Erkenntnisse

• Kräfte treten niemals alleine auf, sondern immer paarweise (Wechselwirkung).
• Aktion = Reaktion: Übt Körper A eine Kraft auf Körper B aus, übt Körper B eine gleich große Kraft auf Körper A aus.
• Kraft und Gegenkraft sind immer gleich groß und entgegengesetzt gerichtet.
• Kraft und Gegenkraft wirken immer auf zwei verschiedene Körper, sie heben sich also nicht gegenseitig an einem einzigen Körper auf.