Aktion und Reaktion

Heute im PHYSIKUNTERRICHT: Aktions-Reaktions-Paare ✔ | Newtons drittes Gesetz der Bewegung ✔ | Aktion-Reaktions-Prinzip bei Raketen und Jets ✔

Aktions-Reaktions-Paare

Eine einzelne Kraft kann nicht alleine wirken. Kräfte wirken immer zwischen zwei Objekten, diese werden entweder gedrückt oder gezogen. So treten Kräfte immer paarweise auf.

Das Experiment unten zeigt die Wirkung eines Paares von Kräften. Zunächst bewegen sich die beiden Modellautos nicht. In das rechte Modellauto ist ein Kolben eingebaut, der mit einer Feder gespannt ist. Dieser Kolben springt blitzartig heraus, sobald die Feder entspannt wird.



Wenn der Kolben herausspringt, schießen die beiden Modellautos in entgegengesetzte Richtungen auseinander. Obwohl der Kolben nur aus einem Modellauto herausspringt, werden zwei gleiche, aber entgegengesetzte Kräfte erzeugt, von denen jede auf jedes Modellauto wirkt. Die beiden Kräfte nennt man Aktion und Reaktion, aber es spielt keine Rolle, wie man sie nennt. Die eine Kraft kann ohne die andere nicht existieren.

Hier sind noch einige Beispiele von Aktions-Reaktions-Paaren:





F: Wenn Kräfte immer paarweise auftreten, warum heben sie sich nicht auf?

A: Die Kräfte in jedem Kräftepaar wirken auf verschiedene Objekte, nicht auf das gleiche Objekt.


F: Wenn ein Fallschirmspringer nach unten gezogen wird, warum wird die Erde dann nicht nach oben gezogen?

A: Auch die Erde bewegt sich hin zum Fallschirmspringer! Aber sie ist so massiv, dass die Aufwärtskraft, die dann auf sie wirkt, viel zu klein ist, um sie messen zu können.


Ein Raketentriebwerk. In der Brennkammer dehnt sich eine riesige Masse an heißem Gas aus und strömt aus der Düse. Das Gas wird durch die Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt.

Newtons drittes Gesetz der Bewegung

Sir Isaac Newton war der erste, der behauptete, dass jede Kraft eine gleiche, aber entgegengesetzte Partnerin hat, die auf ein anderes Objekt wirkt. Diese Vorstellung wird im zweiten newtonschen Gesetz der Bewegung zusammengefasst:

Wenn das Objekt A eine Kraft auf das Objekt B ausübt, dann wird das Objekt B eine gleiche, aber entgegengesetzte Kraft auf das Objekt A ausüben.

Oder etwas anders formuliert:
Für jede Aktion gibt es eine gleiche, aber entgegengesetzte Reaktion.


Raketen und Jets

Auch bei Raketen macht man sich das Aktion-Reaktions-Prinzip zunutze. Eine Rakete wird nach oben geschoben, indem durch die Triebwerksdüse eine riesige Masse von Gas sehr schnell in die entgegengesetzte Richtung gedrückt wird. Das Gas wird durch Verbrennen von Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Beide Gase werden entweder verflüssigt und in Brennstofftanks gefüllt oder der Brennstoff wird chemisch gebunden zu festen Pellets gepresst.

F: Wie kann eine Rakete im Weltraum beschleunigen, wenn es nichts gibt, gegen das der Brennstoff drücken kann?

A: Es gibt aber etwas, gegen das die Rakete drücken kann - die riesige Masse an Gas, das ausgestoßen wird, wenn der Treibstoff mit dem Sauerstoff verbrennt. Treibstoff und Sauerstoff machen über 90% der Masse einer voll betankten Rakete aus.

Auch Jet-Motoren werden auch durch das Ausstoßen einer riesigen Masse von Gas angetrieben. Aber das Gas besteht meistens Luft, die zur Verbrennung des Treibstoffs an der Vorderseite eingesogen wurde:


Eine Flugzeugturbine. Die großen Schaufeln vorne befördern eine große Luftmasse nach hinten, wobei ein Teil im Kompressor verdichtet wird, um den Treibstoff in der Brennkammer zu verbrennen. Wenn sich das heiße Gas ausdehnt, strömt es aus der Kammer und treibt die Turbine an. Diese wiederum treibt das große Schaufelgebläse und den Kompressor an.

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