Treten Kräfte wirklich immer paarweise auf?
Wenn man auf dem Boden steht wirkt meine gewichtskraft auf den Boden und der Boden hält mit einer Kraft die gleich groß ist dagegen. Die Kräfte gleichen sich aus.
Aber was wäre jetzt wenn die gewichtskraft stärker ist als der Boden aushält(blöd formuliert^^). Also man den Boden durchbricht. Dann treten ja nicht zwei gleich große Kräfte auf. Das selbe wenn man einen Stein ins Wasser wirft...
Wie erklärt Newton das? Denn ein axiom besagt ja: Kräfte treten immer paarweise auf(gleich große).
Ist es dann nicht sinnvoller von Wiederstand zu sprechen? Der Wiederstand des Bodens hält z.B. Eine Kraft von 1000N aus. Wenn die gewichtskraft jetzt stärker ist durchbricht er ihn.
Danke:)
9 Antworten
Das Axiom gilt tatsächlich immer! Nehmen wir mal an dein Boden bricht plötzlich durch. Schon denkst du, es wäre kein Kräftepaar mehr vorhanden. Du vergisst aber, dass wenn die Bodenkraft verschwindet, auch die ursächliche Kraft instantan verschwindet.
Wenn du das Spiel jetzt mit einer zu schweren Kugel treibst dann gilt nach dem Durchbruch:
-m * g + m * d² / dx² = 0.
-m * g = Gewichtskraft
d² / dx² = dynamische Gegenkraft (Beschleunigung der Kugel).
Du siehst also, auch nach dem Durchbruch, ist das Kräftepaar noch vorhanden!
Ein weit verbreiteter Fehler ist die falsche Interpretation der Aussage der newtonschen Axiome.
Ein Axiom von Newton lautet:
Ein Körper verharrt in Ruhe oder Bewegung, solange die Summe aller angreifenden Kräfte null ist. Damit sind aber ausschließlich Flächen und Punktkräfte gemeint. Wirkt eine sogenannte Volumenkraft als einer der Kräfte entgegen ist das Axiom für diesen Fall nicht anwendbar, wie bei der Dynamik.
Allerdings wirkt ein anderes newtonsches Axiom eben weiterhin:
Actio = Reactio.
Bitte bitte ich hoffe es ist verstanden! Sonst einfach noch weitere Fragen stellen.
Alles klar aber eine Frage hätte ich noch.
Hat das mit dem paarweise auftretenden Kräften was mit der "Supersymetie" zu tun. Ich weiß das schweift jetzt ziemlich ab aber es würd mich interessieren.
Um Supersymmetrie zu erklären müsste ich erstmal erläutern, was Symmetrie überhaupt bedeutet. In der Mathematik bedeutet das nämlich nichts weiter, als das eine Eigenschaft sich nicht ändert, wenn man einen Operator auf sie anwendet.
y = x² nun wende ich auf das x den minus-Operator an:
y = (-x)². Was fällt auf? Das ist x²!
Solche Symmetrien gibts auch in der Physik. Die Energie eines Systems verhält sich gesamtheitlich gegenüber einer zeitlichen und auch räumlichen Operation symmetrisch, dh. sie ändert sich nicht. Aus jeder Symmetrie kann somit ein Erhaltungssatz abgeleitet werden. Hier: Energieerhaltung. Was auch immer zu zeitlich und räumlich tust, die Gesamtenergie bleibt gleich (Noether-Theoreme).
Die Supersymmetrie hat aber, bis tatstächlich auf die Symmetrie ansich, nichts damit zutun.
Dort gehts um Erhaltungsgrößen wie Drehimpuls, die letzlich von der Impulserhaltung abgeleitet werden. Da es hier aber um Spins von Bosonen und Fermionen geht, gehts sofort auch um Quantenmechanik. Der Drehimpuls ohne Quantenmechanik ist Teil von rotierenden Systemen.
Der alte Newton hat die Symmetrie des Impulses (also Unveränderlichkeit des Gesamtimpulses z.B. über die Zeit) direkt als zwei seiner Axiome formuliert:
I. Summe aller Kräfte = 0
II. actio = reactio: F = p_punkt.
II heißt: Die Kraft ist die zeitliche Änderung des Impulses.
Es wird aber nie der Gesamtimpuls des Systems geändert. Entweder war der vorher eh null oder er befindet sich in den betroffenen Körpern zu jeder Zeit anteilig verteilt.
Aber Supersymmetrie ist bis auf die Herleitung über den quantisierten Drehimpuls schon noch was Anderes.
Impulserhaltung räumlich folgt aus der Isotropie des Raumes. Die Erhaltungsgröße ist rotationsinvariant und deshalb das, was sie ist.
Ich muss noch was ergänzen damit z.B. die Drehimpulserhaltung nicht falsch wird: Wenn ich das Bezugssystem ändere, kann die Drehimpulserhaltung verletzt werden! Das ist zumindest bei der newtonschen Form der Impulserhaltung der Fall. Aber das sprengt den Rahmen der Sache und da müsste ich mich auch erst reinlesen.
@KFZKaufmann: Sorry, aber an deiner ersten Antwort ist ziemlich viel falsch.
Fangen wir hinten an. Es ist wirklich die Summer ALLER Kräfte. Wirkt auf einen Körper nur eine Volumenkraft (wie die Gewichtskraft), dann ist er eben gerade nicht in Ruhe, sondern wird im Gravitationsfeld beschleunigt. Steht er auf dem Boden, dann wirken zwei Kräfte, Die Gewichtskraf nach unten und die Kraft des Bodens auf den Körper nach oben. Dies ergeben in er Summe 0, der Körper steht ruhig. Mit Actio und Reactio hat dies überhaupt nichts zu tun.
Deine erste Zeile ist die Impulsbilanz im beschleunigten Bezugssystem. Hier ruht der Körper logischerweise immer, daher kommt zusätzlich zur Volumenkraft m * g eine zweite , durch das sogenannte Trägheitsfeld induzierte Kraft ins Spiel, die exakt der negativen Beschleunigung (mal Masse) aus der Sicht des ruhenden Bezugssystems entspricht. Diese beiden Felder, Gravitationsfeld und Trgheitsfeld, lassen sich nach Einstein lokal nicht unterscheiden (wohl aber in ihrer Geometrie, diese produziert die Gezeiten). Die von dir aufgeschriebene Impulsbilanz ist also zwar richtig, ohne Erklärung aber bedeutungslos, außerdem ging es dem Fragesteller ja ohm das Axiom mit Kraft und Gegenkraft, und dies hat mit der Impulsbilanz rein gar nichts zu tun, denn deine beiden oben aufgeführten Kräfte greifen am selben Körper an, Actio und Reactio aber immer an zwei verschiedenen.
Hallo! Ja der Fehler passiert mir immer wieder, ich sollte mir das mal merken.
Korrigiert:
Das Actio-Reactio-Paar existiert immer. Vorher zwischen Körper im Schwerefeld gegenüber dem Boden der wiederrum mit der Erde verbunden ist, danach zwischen fallendem Körper und der Erde auch ohne materielle Kopplung. Dann wäre das also die Begründung dafür, dass das Kräftepaar immer existiert. Nicht zuletzt auch dann, wenn es 0 wäre.
Was ich genannt habe, ist ja tatsächlich nur die Impulsänderungsbilanz.
Was den freien Fall angeht:
Ok ich hab vorausgesetzt dass er weiß, dass man den Körper z.B. in einem Koordinatenursprung starten lässt und der dynamische Term natürlich auf der x-Achse aufgetragen wird. Ohne ein festes Bezugssystem könnte man natürlich nicht unterscheiden, ob man ruht oder fällt.
Fangen wir hinten an. Es ist wirklich die Summer ALLER Kräfte. Wirkt auf einen Körper nur eine Volumenkraft (wie die Gewichtskraft), dann ist er eben gerade nicht in Ruhe, sondern wird im Gravitationsfeld beschleunigt.
Dennoch wäre gerade dann die Summe aller Kräfte 0, obwohl der Körper weder gleichformig bewegt ist noch ruht.
Danke für die Korrektur!
Aber ist ja eigentlich auch einleuchtend mit dem Actio-Reactio-Kräftepaar, denn das ist ja Newtons Variante der Impulserhaltung. Würde an ein und demselben Körper ja keinen Sinn ergeben.
Das Problem ist, dass du vorher festlegen musst, in welchem Bezugssystem du die Sache betrachtest. Im beschleunigten Bezugssystem ruht der Körper trivialerweise, und daher MUSS die Summe der auftretenden Kräfte 0 sein. Und hier kommt dann deine "Korrektur" in der Impulsbilanz ins Spiel, und diese Korrektur wird eben auch Feldartig vermittelt, und zwar durch das Trägheitsfeld, welches dann eben auch nur im beschleunigten Bezugssystem existiert. Mit den von Max Planck 1908 zum ersten Mal vorgeschlagenen Impulsströmen ist die Sache einfacher: Der Körper bekommt ständig einen konstanten Impulsstrom m * g aus dem Gravitationsfeld. Damit der Körper aber ruhen kann (in seinem eigenen Bezugssystem, wohlgemerkt), muss dieser Impulsstrom auch direkt wieder abfließen können, er darf nicht im Körper sich anhäufen, daher braucht man ein zusätzliches Feld, das Trägheitsfeld.
Aus der Sicht der Erde allerdings ist die obige Impulsbilanz falsch. Hier gibt es kein Trägheitsfeld und hier gilt
F(res) = dp/dt = m * g, und dies ist eben nicht 0.
Das Problem ist, dass du vorher festlegen musst, in welchem Bezugssystem du die Sache betrachtest.
Erde.
Im beschleunigten Bezugssystem ruht der Körper trivialerweise, und daher MUSS die Summe der auftretenden Kräfte 0 sein.
Das ist ja logisch, denn man kann ja keine Kräfte feststellen.
Und hier kommt dann deine "Korrektur" in der Impulsbilanz ins Spiel, und diese Korrektur wird eben auch Feldartig vermittelt, und zwar durch das Trägheitsfeld, welches dann eben auch nur im beschleunigten Bezugssystem existiert.
Genau das wäre m * d² / dx².
Mit den von Max Planck 1908 zum ersten Mal vorgeschlagenen Impulsströmen ist die Sache einfacher: Der Körper bekommt ständig einen konstanten Impulsstrom m * g aus dem Gravitationsfeld. Damit der Körper aber ruhen kann (in seinem eigenen Bezugssystem, wohlgemerkt), muss dieser Impulsstrom auch direkt wieder abfließen können, er darf nicht im Körper sich anhäufen, daher braucht man ein zusätzliches Feld, das Trägheitsfeld.
Ja die Variante gibts in mechatronischen Modellen auch. So merkt man sich solche Sachen besser.
Aus der Sicht der Erde allerdings ist die obige Impulsbilanz falsch. Hier gibt es kein Trägheitsfeld und hier gilt
F(res) = dp/dt = m * g, und dies ist eben nicht 0.
Ok ich lege das Bezugssystem mit dem Koordinatenursprung in die fallende Masse. Das Bezugssystem ruht relativ zum Schwerpunkt der Erde. Das ist ja das was ich die ganze Zeit meine, nur ist ein Offset addiert worden. Als Fallachse nehme ich y. m_kugel << m_erde
Nun stelle ich den Impulssatz dafür auf:
-m_s * g + m_t * d² / dy² = 0. Sonst wirken keine Kräfte.
Wegen m_s = m_t (Äquivalenzprinzip) folgt:
-g + d² / dy² = 0.
-g = -d² / dy²
Integral Integral (g = d² / dy²) dt
-g * t + C0 = -d / dy
-0.5gt² + C0 t + C1 = -y(t)
Mit y(t = 0) = y0 und dy / dt (t = 0) = v0 folgt:
y(t) = 0.5gt² + v0 * t + y0
Für mich ist das das Fallgesetz, wie wir es damals im Studium hergeleitet haben.
Sorry, dann habe ich deine Impulsbilanz falsch interpretiert, lag an mir , ist aber vielleicht auch etwas ungewöhnlich aufgeschrieben
Dein Koordinatensystem ist übrigens nicht beschleunigt (der erste Satz dazu ist etwas verwirrend, musste ich mir zweimal durchlesen)
F(res) = m * g ist die Impulsbilanz im ruhenden System.
=> a = F(res) / m = m * g / m = g. Soweit , so gut.
Im beschleunigten Bezugssystem gibt es ein Trägheitsfeld a_t, welches exakt entgegengesetzt der Beschleunigung ist, beschrieben aus dem ersten Bezugssystem, also a_t = -a.
Damit gilt für die Impulsbilanz im beschleunigten Bezugsystem:
F(rest) = m * g + a_t * m = m * g - m * a = 0.
Im beschleunigten Bezugssystem wird das Gravitationsfeld lokal durch das Trägheitsfeld wegtransformiert.
Dann verstehe ich den Begriff des Bezugssystems der Erde falsch. Es ist doch ein Inertialsystem. Und doch nur aus diesem Inertialsystem heraus, kann ich m * xpunktpunkt überhaupt definieren. Ansonsten müsste es ja die Erde sein die sich bewegt was wegen M >> m so schwierig wird. Aber m * xpunktpunkt ist ja eben gerade der Term der die Kraft für das induzierte Feld (Gravitomagnetismus) beschreibt. Würde ich im fallenden Körper ruhen, wäre xpunktpunkt doch null? Ich bin verwirrt!
Nee ich merke gerade wir reden nur aneinander vorbei. Alles i.O.! Genau, dann würde der Term sich wegtransformieren. Aber Fres = mg gäbe es nur wenn kein freier Fall.
Weil die Erde so schwer ist, kann man sie mehr oder weniger hier als ruhendes Bezugssystem sehen, dann gilt auch deine Impulsbilanz (oder meine Umformulierung), und alles ist gut.
Der Wechsel des Bezugsystems ist eine freei Entscheidung. Logischerweise bewegt sich hier die Erde, und der Körper ruht. Jeder Körper ruht in seinem eigenen Bezugsystem. Dieser Bezugssystemwechsel ist völlig legitim, er ändert nicht die physikalische Situation , aber die mathematischen Variablen, mit denen man die Situation beschreiben muss. In diesem Fall muss man, damit die Summe aller Kräfte 0 ist, ein zusätzliches Trägheitsfeld einführen (siehe meine Erklärungen), aber das Gravitationsfeld mit der feldinduzierten Kraft m * g bleibt natürlich auch. Die Situation ist vergleichbar mit der elektromagnetischen Induktion. Fällt ein Magnet durch eine Spule, dann ändert sich in der Spule der magnetische Fluss, dadurch wird eine Spannung induziert und bei Bedarf ein Strom angetrieben. Wechselt man nun das Bezugssystem, in dem wir uns in den Magneten hineinbegeben, dann ist die mathematische Beschreibung von oben hinfällig. Nun fällt die Spule an uns vorbei, ein änderndes Magnetfeld gibt es nicht mehr, es ist dB/dt = 0, denn der Magnet ruht ja. Dafür wirken nun auf die Ladungsträger in der Spule die Lorentzkraft q * v x B mit einem v <>0, rechnerisch ergibt sich selbstverständlich der gleiche Effekt. Hier zeigt sich die mathematische Symmetrie der Maxwellgleichungen bei Bezugssystemwechsel. In der Mechanik ist es nun so, dass beim Übergang ins beschleunigte Bezugssystem zur Impulsbilanz ein Trägheitsfeld hinzukommt, welches der ursprünglichen Beschleunigung exakt entgegengesetzt ist.
Noch eine Anmerkung zu deinem Nachtrag:
F(res) = m * g gilt gerade beim freien Fall. Steht der Körper auf dem Boden, dann gilt.
F(res) = m * g + F(normal) = 0. Hier ist F(normal) die Oberflächenkraft des Bodens auf den Körper und, weil der Körper ruht, gilt hier F(normal) = - m * g.
Ok die Spulensache ist mir bekannt. Einmal eben über dB / dt und beim Wechsel mit dem Lorentzanteil.
Ich habe jetzt ein erdfestes Bezugssystem. Dann wirkt die Gravitationsfeldstärke g auf die Kugelmasse m mit F = m * g.
Jetzt muss ja aber noch die dynamische Komponente dazu.
Und die transformierst du beim Wechsel ins beschleunigte Bezugssystem mit Hilfe des Trägheitsfeldes weg, stimmt das so jetzt?
Ich habe nur noch immer ein Problem mit deiner Feldvorstellung. Wenn ich eine bewegte Masse habe, gleichförmig, dann sehe ich doch gerade die Feldenergie im Term E = 0.5mv² + 3 / 8... usw. Aber diese Energie transformiere ich gerade weg, wenn ich mich mit v mit der Masse mitbewege, mich also in ihrem Bezugssystem befinden würde. Die Energie würde dann aus meiner Sicht nach dem Wechsel ins Bezugssystem der bewegten Masse nicht mehr existieren.
Sie hätte sogar tatsächlich keine Wirkung mehr auf mich.
Das bedeutet doch aber, ich sehe das induzierte Feld nur dann, wenn ich mich NICHT im Bezugssystem der Masse befinde.
Bei einem Feder-Masseschwinger wäre das doch analog:
Bezugssystem Feder: (an der Einspannung)
c * x + m_t xpp = 0.
Bezugssystem Masse:
c * x' + m x'pp = 0.
m x'pp wäre ja nur noch eine Scheinkraft. Ihre Ursache wäre mir also nicht bekannt. Wie kann ich dann wissen, dass das Gravitationsfeld ursächlich ist?
Im Bezugssystem Feder ist mir das sofort klar.
Auch dein Magnetbeispiel ist verständlich. Einmal sieht man eben dB / dt und andermal den Lorentzanteil.
Ich schreib morgen noch was gescheites dazu, wird mir gerade etwas spät. Nur noch zu deinem Argument mit dem erdfesten Bezugssystem: Nein, es muss eben keine dynamische Komponente dazu. Es gilt einfach
F(res) = m * g
=> m * a = m * g
=> a = g.
Im beschleunigten Bezugssystem kommt die dynamische Komponente dazu, ein neues Feld mit der Feldsträke a_t = -a. Daher
F(res_neu) = m * g + m * a_t
=> m * a_neu = m * g + m * a_t
=> a_neu = g + a_t
=> a_neu = g - a = 0
=> a_neu = 0.
Im beschleunigten Bezugssystem gibt es also keine Beschleunigung (hört sich komisch an), hier ruht der Körper.
Analogie: Elektrischer Strom fließt im Leiter, wir sind im Ruhesystem. Wegen j > 0 existiert ein magnetisches Rotationsfeld um den Leiter. Ein elektrisches Feld im Kondensator, treibt den Strom an. Analog dazu die bewegte Masse mit ihrem Rotationsschwerefeld (Trägheitsfeld). In beiden Fällen sind wir im Ruhesystem und sehen jeweils das Trägheitsfeld der Masse bzw. der elektrischen Ladung. Da liegt mein Problem.
Ok bis morgen!
Nein, es muss eben keine dynamische Komponente dazu. Es gilt einfach
F(res) = m * g
=> m * a = m * g
=> a = g.
Und genau dein a bzw. m * a oder respektive m*xpp ist doch der Dynamikterm. Statisch ist der nicht, denn er hängt ja von der 2. Ableitung des Ortes nach der Zeit ab. Wie ich sagte, reden wir offenbar einfach aneinander vorbei.
Wenn ich jetzt rumtransformiere, z.B. Wechsel in das Bezugssystem des fallenden Körpers brauche ich ja ein neues a.
a' = a - a0
f benenne ich mal das Feld was hinzukommt.
Also ist ja a' + f = g
a0 wird nun dadurch dass ich im Bezugssystem des fallenden Körpers ruhe zu a identisch:
a' = a - a = 0
Also bleibt übrig: f = g.
Das würde ich aber nicht als Dynamik bezeichnen, da ich im Bezugssystem des fallenden Körpers ja ruhe. Ich musste lediglich f einführen weil ja nun eine Scheinkraft benötigt wird. Bis auf die Tatsache dass dies nun eine Scheinkraft ist und man nur daraus überhaupt ablesen kann dass es sich scheinbar um ein beschleunigtes Bezugsystem handeln muss, gibts ja keinen weiteren Anhaltspunkt. Und das ist auch normal denn man kann in solch einem Fall ja eben nicht feststellen ob man sich in Ruhe oder im freien Fall befindet.
Das wäre jetzt meine Erklärung gewesen.
Wenn die Impulsbilanz F(res) = m * g ist,
dann ist F(res) = m * a kein "Dynamikterm", sondern einfach die Summe über alle Impulsströme (also über alle Kräfte), es ist eine Bilanz. a ist dabei kein Einzelterm innerhalb des Systems, sondern die resultierende Beschleunigung des Massenschwerpunkts des Systems, bezogen auf das aktuelle Bezugssystem.
Die Beschleunigung eines Körpers a (im ruhenden Bezugssystem) ist die Beschleunigung des Bezugssystems a(BS) zuzüglich der relativen Beschleunigung a' im neuen Bezugssystem, es gilt also
a = a(BS) + a' oder a' = a - a(BS).
- a(BS) ist aber gerade das sogenannte Trägheitsfeld g_t, also
a' = a + g_t.
Nun ist a in der Regel von zwei Komponenten abhängig, von der Summe aller Oberflächenkräfte sum(F) und dem originalen Gravitationsfeld g, also
a' = sum(F) / m + g + g_t
Im beschleunigten Bezugsystem mit a' gibt es nun nur noch die Möglichkeit, die Größe g + g_t zu messen (das ist das Äquivalenzprinzip der ART), Diese Summe ist das lokale Gravitationsfeld des beschleunigten Bezugssystems, also
g'(lokal) = g + g_t und man hat
a' = sum(F) / m + g'(lokal).
Jeder Körper im beschleunigten Bezugssystem verhält sich wie ein Körper mit dem Gravitationsfeld g'(lokal), und es gibt laut Einstein keine Möglichkeit, g'(lokal) in einzelne Komponenten zu zerlegen, man weiß also nicht, was ist Beschleunigung und was ist Gravitation. Einstein: "Jedes Bezugssystem ist lokal intertial". Dies ist auch auf der Erde so. An einem Punkt kann man die Gravitationskraft der Erde nicht direkt messen, denn das lokale Gravitationsfeld der rotierenden Erde besteht aus dem Gravitationfsanteil und dem Zentrifugalanteil.
Lokal heißt, dass man in einem ausgedehnten Körper die beiden Felder sehr wohl unterscheiden kann, denn das gravitationsfeld ist punktsymmetrisch, das Zentrifugalfeld zum Beispiel zylindersymmetrisch und das Trägheitsfeld einer linearen Beschleunigung ist homogen. Innerhalb eines Körpers gibt es also Differenzen zwischen den Feldern.
Ok danke ich schau mir das mal in Ruhe an. Darf man mal fragen was für einen Beruf du z.Z. ausübst und ob du Literaturempfehlungen hast?
Ich greife noch einmal dein Beispiel mit dem Federschwinger auf, um den Begriff der Feldtransformation zu verdeutlichen.
Ein Körper der Masse m schwingt an einer Feder mit der Federkonstanten D. Die positive Richtung sei nach unten. Für die resultierende Kraft gilt
F(res) = - D * x.
Dabei ist die Nullstellung so gewählt, dass bei x = 0 die Gewichtskraft und die Federkraft sich genau kompensieren.
Sei a die Beschleunigung des Körpers, dann ist
a = - D * x / m
und dies ist die bekannte Differentialgleichung für den Federschwinger.
Nun kommt die Feldtransformation. Es geht um die Frage:
Wie sieht ein Mensch innerhalb des Körpers die Welt? Was spürt er? Wie sieht die Physik im schwingenden Körper aus?
Zusätzlich zu Feldstärke g kommt nun das Trägheitsfeld g_t hinzu,. für das (wie oben gezeigt) gilt g_t = - a, also
g_t = D * x / m.
Im beschleunigten System gibt es also ein neues, ein lokaes Gravitationsfeld g(lokal). Für diese gilt:
g(lokal) = g + g_t
=> g(lokal) = g + D * x / m.
Dieses Feld entscheidet im Körper, wie schwer man ist, wie schnell Dinge auf den Boden fallen, wo oben und unten ist etc. Man kann dort ganz normale Physik betreiben mit der Feldstärke g(lokal)
Man sieht, dass dieses Feld ständig seine Stärke ändert (wegen der Abhängigkeit von x und dessen Abhängigkeit von t)
Schwerelos ist man bei g(lokal) = 0, also
x = - m * g / D.
In diesem Punkt ist man im Körper selbst schwerelos.
Dein Denkfehler ist schnell aufgelöst.
Actio und Reactio sind gleichgroße, aber entgegengesetzt gerichtete Kräfte, die an zwei verschiedenen Körpern angreifen. Greift A an B mit der Kraft F an, dann greift B an A mit der Kraft -F, und zwar an derselben Stelle.
Warum du auf dem Boden stehst, hat aber damit nichts, aber auch gar nichts zu tun. Wenn du stehst, dann wirken auf dich zwei Kräfte. Die Gewichtskraft nach unten und die Kraft des Bodens auf deinen Körper, die nach oben wirkt. Beide Kräfte gleichen sich aus. Merkst du etwas? Diese beiden Kräfte wirken an ein und demselben Körper, in diesem Fall an dir. Nur diese Art von Kräften können sich "ausgleichen". Mit Actio und Reactio hat das nichts zu tun. Und zu deinem Beispel. Wenn du versinkst, dann ist die Gewichtskraft halt größer als die Kraft des Bodens auf dich, die resultierende Kraft ist nicht 0 sondern zeigt nach unten, du sinkst ein.
Du hast einen kleinen Denkfehler, oder denkst zu statisch.
Ich will jetzt gar nicht die Theorie rauskramen, warum Kräfte immer paarweise entgegengesetzt auftreten. Schon weil sie bei mir etwas verschüttet ist.
Sondern ich will dich ermuntern, genauer zu denken, und auch die Zeit zu berücksichtigen.
Wenn du also auf einen morschen Fußboden stehst, wirken auf dich und den Boden (entgegengesetzt) deine Gewichtskraft. Genauer gesagt betrachten wir nur die beiden. Die Gewichtskraft des Fußbodens hat ihren Partner in Balken, Wänden und letztletztendlich im Erdkern.
Wenn der Boden sich verbiegt, ist für einen Moment - hoffentlich lang genug, dass du noch zur Seite springen kannst - die Gewichtskraft vermindert, weil deine Massenträgkeit die Kraft vermindert.
Das hält nicht lange vor, wenn der Fußboden endgültig nachgibt, fühlst du kein Gewicht, und du übst auch keine Kraft aus, der Boden ist ja zerbröselt. Also ist auch hier Kraft=Gegenkraft, beide sind Null.
Bis du nach knapp einer Sekunde auf dem Betonboden des Kellers auftriffst. Dann wirken für Sekundebruchteile wesentlich stärkere Kräfte, die dich abbremsen und die evtll. ein paar Knochen brechen, dem Betonboden aber wenig anhaben können.
Wenn du dann jammernd auf dem Kellerboden liegst, ist wieder alles im Lot, physikalisch. Dein Gewicht wirk auf dich nach oben, und auf den Kellerboden nach unten. Beide sind (entgegengesetzt) gleich groß.
Dass jede Decke nur eine bestimmte Kraft aushält, ist Technik, im Speziellen, bei Gebäuden, Statik. Die hat zwar auch irgendwie mit Physik zu tun, aber nicht mit deinem Thema.
Die Gewichtskraft "auf dich" wirkt nicht nach oben, sondern nach unten. Was du meinst, ist die zweite Kraft, die auf dich wirkt, dies ist die Normalkraft des Bodens auf dich. Diese ist aber nur im Gleichgewicht vom Betrag her gleich der Gewichtskraft. Mit Actio und Reactio hat das alles nichts zu tun.
Beim freien Fall, so beschreibst du ihn, herrscht keineswegs Kräftelosigkeit, hier herrscht immer nur die Gewichtskraft. Allerdings ist dies eine Volumenkraft, sie wird durch ein Feld vermittelt, das Gravitationsfeld. Volumenkräfte haben im Newtonschen Sinne prinzipiell keine Gegenkräfte, dies ist seit Einsteins ART (Äquivalenzprinzip) klar. Die Schwerelosigkeit des freien Falls liegt daran, dass keine weiteren Kräfte an den Körper angreifen, besonders keine Oberflächenkräfte.
Ich gehe bei meinen Überlegungen immer vom Schwer"kraft"konzept der ART aus.
Und der gemäß wirken im freien Fall keine Kräfte. Und wo ich jetzt gerade auf einem Stuhl sitzt, fühle ich eine Kraft an meinem Gesäß. Und da das Gesäß unten ist, wirkt die Kraft offensichtlich von unten, also nach oben. Auf den Stuhl wirkt eine Kraft nach unten.
Sicherlich hätte ich besser von Schwerebeschleunigung als von Gewicht sprechen sollen, aber es war nicht meine Intention, eine begrifflich korrekte Abhandlung zu schreiben.
Ich weiß schon, was du meinst, die Frage ist aber, ob damit dem Fragesteller geholfen ist. Es geht auch nicht um korrekte Begriffe, sondern um folgendes:
"Im freien Fall wirken keine Kräfte". Dies ist nur richtig aus dem Bezugssystem des fallenden Körpers. Vom Boden aus gesehen ist der Satz falsch.
Weiterhin finde ich den Begriff "keine Kräfte" ungeschickt. Beim freien Fall gibt es eine Überlagerung von zwei Feldern, dem Gravitationsfeld und dem Trägheitsfeld. Laut Einstein sind zwar beide nicht unterscheidbar, daher könnte man auch sagen, das eine transformiert das andere weg, allerdings gilt dieser Satz nur lokal, das heißt, rein theoretisch für einen Punkt. Für einen ausgedehnten Körper ist der Satz immer falsch. Ein frei fallender Körper auf einen Planeten ist nicht Kräftefrei, nur im Massenschwerpunkt. Das Gravitationsfeld eines Planeten ist im Wesentlichen punktsymmetrisch, das Trägheitsfeld eines nach unten fallenden Körpers ist aber homogen. nur im Massenschwerpunkt sind beide gleich. In allen Punkten außerhalb transformiert das eine Feld das andere eben nicht weg, überall bleibt also "Feld übrig", dieses Feld ist es, was für die Gezeiten verantwortlich ist. Es ist nämlich so gerichtet, dass es einen Körper auseinanderzieht.
Mit deinem Satz "frei fallend = kräftefrei" ist das allerdings nicht zu verstehen.
Nur in der Statik!
Wenn eine Kraft größer ist, kommt es zur Beschleunigung -> dynamik.
Nein, nur in der Statik!
Wenn du mit deinem Auto beschleunigst, wirkt eine Kraft zu der es kein Gegenstück (zumindest kein genau so großes) gibt. Sonst könnte das Auto nicht losfahren.
Eine Kraft bewirkt immer eine Gegenkraft. Das ist ein physikalisches Gesetz. Befinden sich beide Kräfte im Gleichgewicht, so passiert scheinbar nichts.
Doch, im Dynamikfall. Es ist eine weit verbreitete Fehlinterpretation der newtonschen Axiome. Ihr verwechselt actio = reactio mit Summe aller angreifenden Kräfte = 0. Das sind zwei unterschiedliche Axiome.
Ah! Danke!