Wir wollen uns in den folgenden Kurstexten die drei Newtonschen Gesetze (auch: Newtonsche Axiome) anschauen. Isaac Newton wurde nach dem gregorianischen Kalender am 04.Januar 1643 in Woolsthorpe-by-Colsterworth geboren und verstarb am 31. März 1727 in Kensington.
Isaac Newton verfasste 1687 die “Philosophiae Naturalis Principa Mathematica” (Mathematische Prinzipien der Naturlehre), in welcher er die drei newtonschen Gesetze der Bewegung und das Gravitationsgesetz formulierte. Mit dieser Abschrift legte er den Grundstein für die klassische Mechanik. Newton ist außerdem bekannt für die Erkenntnisse zur Zerlegung von Licht im Bereich der Optik.
Schauen wir uns mal einige Entdeckungen Newtons an:
Gravitationsgesetz
Mit dem Gravitationsgesetz beweist Isaac Newton, dass sich Körper gegenseitig anziehen und mit ihrer Schwerkraft aufeinander einwirken. Dieses Wissen ist sowohl astronomisch (bezogen auf Sterne und Planeten) als auch im Alltag von großer Bedeutung. Newton erklärte demnach physikalisch, weshalb ein Apfel überhaupt zu Boden fällt (Erdanziehungskraft). Mit dem Gravitationsgesetz gelang Newton u.a. die Erklärung für die Schwerkraft auf der Erde, für den Mondumlauf um die Erde, für die Planetenbewegung um die Sonne sowie die Gezeiten auf der Erde.
Newtonpendel
Im obigen Video siehst du ein klassisches Newtonpendel. Beim Zusammenprall der Kugeln handelt es sich um einen elastischen Stoß, bei welchem Impuls und Bewegungsenergie erhalten bleiben (im Gegensatz zu einem inealstischen Stoß). Wie funktioniert das Newtonpendel?
Die erste Kugel wird ausgelenkt und dann losgelassen. Beim Aufprall auf die 2. Kugel überträgt sie ihren Stoßimpuls auf die zweite Kugel und kommt dann zur Ruhe. Die zweite Kugel übeträgt diesen Impuls auf die 3. Kugel, diese auf die 4. Kugel usw. Der Impuls wandert also von der 2. Kugel ausgehend bis zur 6. Kugel. Diese letzte 6. Kugel kann den Impuls wiederum nicht mehr weitergeben und schlägt zur Seite aus. Die Energie bleibt fast vollständig erhalten, weil Reibung und Drehimpuls vernachlässigt werden können.
Farbzerlegung
In der Optik beschäftigte sich Isaac Newton mit der Farbzerlegung (Dispersion) des Lichtes und der Entstehung der Farben. In der Veröffentlichung des Bandes „Opticks: Or, a Treatise of the Reflexions, Refraction, Inflexions and Colours of Light“ (Optik oder eine Abhandlung über die Reflexion, Brechung, Krümmung und die Farben des Lichtes) sind vor allem die Experimente zur Lichtbrechung bekannt.
Versuch:
Newton lenkte einen dünnen Lichtstrahl (“weißes” Licht) durch einen kleinen Spalt in einen abgedunkelten Raum. Der Lichtstrahl traf dann auf ein Prisma, welches das Licht in Spektralfarben zerlegte. Als Ergebnis erkannte Isaac Newton, dass weißes Licht aus 7 unterschiedlichen Farben (Spektralfarben) zusammengesetzt ist. Es war ihm so möglich, die Entstehung eines Regenbogens erklären.
In weiteren Versuchen erkannte er außerdem, dass die einzelnen Spektralfarben sich nicht weiter aufspalten lassen und dass bei Vereinigung aller 7 Spektralfarben wieder “weißes” Licht resultiert.
In der obigen Grafik siehst du wie Sonnenlicht auf ein Prisma trifft und in 7 Spektralfarben mit unterschiedlichen Wellenlängen zerlegt. Dabei besitzt Rot die größte Wellenlänge und Blau die kleinste Wellenlänge, angegeben in Nanometer. Werden die 7 Spektralfarben wieder gebündelt, so entsteht wieder das “weiße” Sonnenlicht.
Irgendwann haben dann bla bla und bla bla entdeckt, dass die Vereinigung einiger Spektralfarben zu den komplem,entärfarben führen. So wird zum Beispiel bei der Vereinigung von Rot und Blau die Farbe bla gewonnen…