Die Newtonschen Gesetze auf dem Fahrrad – Joshua Manley

Die ganze Lektion: http://ed.ted.com/lessons/joshua-manley-newton-s-3-laws-with-a-bicycle

Wieso wäre es so schwer, ein Fahrrad mit einem Gewicht von 5.000 kg anzutreiben? Diese Einführung in die Newtonschen Gesetze erklärt einiges über die Funktionsweise eines Rads.

Wieso ist es schwerer,
auf einem Rad loszufahren,

als bei konstanter Geschwindigkeit zu fahren?

Und wieso bewegt es sich überhaupt?

Und wieso fährt es nach vorn
und nicht woanders entlang?

Solche Fragen stellt man sich nicht so oft.

Erst im 17. Jahrhundert wurden

die Newtonschen Gesetze beschrieben

und erst dann konnten
wir die Fragen beantworten.

Newton erkannte, dass Dinge
dazu neigen, gegenwärtige

Zustände fortzusetzen.
Steht euer Rad still,

bleibt es still, und fährt es einmal,

fährt es weiter.

Sich bewegende Objekte
bleiben in Bewegung

und ruhende Objekte bleiben ruhig.

Das Erste Newtonsche Gesetz.

Physiker nennen es das Trägheitsgesetz:
Sich bewegende Objekte

werden nicht spontan beschleunigen,
langsamer werden oder ihre Richtung ändern.

Diese Trägheit muss überwunden werden,
um das Fahrrad in Gang zu bekommen.

Zum Start des Fahrrads müssen wir
also Trägheit überwinden.

Aber wie tun wir das?

Die Antwort darauf wird in
Newtons zweitem Gesetz erklärt.

Mathematisch ausgedrückt
besagt das Zweite Gesetz,

dass Kraft das Produkt von
Masse und Beschleunigung ist.

Um ein Objekt zu beschleunigen,
also schneller zu machen,

muss eine Kraft angewandt werden.

Je mehr Kraft angewandt wird,

desto höher die Beschleunigung.
Hat das Rad mehr Masse,

oder auch du selbst,

benötigt eine gleich große
Beschleunigung mehr Kraft.

Darum wäre es schwer,
ein Rad mit 5.000 kg anzutreten.

Und die Kraft in euren Beinen,
die die Pedale herunterdrückt,

überwindet Newtons Trägheitsgesetz.

Tretet ihr stärker in die Pedale,

erhöht sich die Beschleunigung.

Nun zur letzten Frage:

Wenn eurer Rad erstmal fährt,

wieso fährt es nach vorn?

Das Dritte Newtonsche Gesetz
besagt, dass auf jede Aktion

eine konträre, gleich große Reaktion folgt.

Stellt euch mal einen Gummiball vor.

Er trifft auf dem Boden auf,

das ist eine abwärts gerichtete Kraft.

Das ist die Aktion.

Der Boden reagiert, indem er
den Ball mit derselben Gegenkraft

in die entgegengesetzte Richtung – nach oben –

schiebt, und somit springt der Ball zurück.

Der Ball und der Fußboden
treten in eine so genannte

Wechselwirkung ein.
Was euer Fahrrad betrifft,

so ist es etwas komplizierter.
Die Drehung der Räder

erfolgt im Uhrzeigersinn.
Die Reifen drücken nach hinten

auf den Boden –

das ist die Kraft. Der Boden drückt
mit der selben Kraft nach vorn

gegen die Reifen zurück – die Gegenkraft.

Da das Rad zwei Reifen hat, tritt jeder
in solch eine Wechselwirkung

mit dem Boden ein. Und da
die Erde riesengroß ist,

verglichen mit dem Fahrrad,
bewegt sie sich

aufgrund der vom Rad nach
hinten drückenden Kräfte kaum –

aber ihr werdet nach vorn bewegt.