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Aufgrund ihrer Trägheit verharren Körper in ihrem Bewegungszustand, solange keine äußere Kraft auf sie einwirkt. Die Trägheit wird durch die träge Masse quantifiziert. Je größer die träge Masse eines Körpers ist, umso weniger beeinflusst eine auf ihn einwirkende Kraft seine Bewegung.
Demzufolge wird Kraft benötigt, um einen Körper zu beschleunigen, aber auch, um ihn abzubremsen. In Abwesenheit äußerer Kräfte bewegt sich ein träger Körper mit konstanter Geschwindigkeit geradlinig fort, falls er nicht in Ruhe ist (und bleibt). Den scheinbaren Widerspruch zur Alltagserfahrung, derzufolge es Kraft kostet, eine Geschwindigkeit beizubehalten, erklärt die Physik durch bremsende Reibungskräfte.
Auch bei Einwirkung eines Drehmoments zeigen massebehaftete Körper eine Trägheit, die durch das Trägheitsmoment quantifiziert wird.
Geschichte
Das Gesetz von der Trägheit der Masse löste die auf Aristoteles zurückgehende Vorstellung ab, nach der zur Aufrechterhaltung einer Bewegung eine ständige Kraft nötig sei. Die erstmalige Formulierung des Trägheitsgesetzes geht auf Sir Isaac Newton zurück, der 1687 in seinem ersten Axiom postuliert:
- „Ein Körper verharrt in seinem Zustand der Ruhe oder der gleichförmigen geradlinigen Bewegung, solange die Summe aller auf ihn einwirkenden Kräfte Null ist.“
Newton sah die Quelle der Trägheit in einem Dreibund aus absoluter Masse, Zeit und Raum und entwarf das Wassereimer-Gedankenexperiment:
Im absolut leeren Raum rotiert ein Eimer Wasser. Die Trägheitskräfte sorgen nun dafür, dass sich das Wasser an den Rand des Eimers drängt und eine parabolisch gewölbte Oberfläche entsteht.
Nach Newtons Interpretation spielt hier also der absolute Raum eine zentrale Rolle. Ohne ihn könnte man keine Kreisbeschleunigung (vom Eimer aus betrachtet ist das ganze System ja in Ruhe) feststellen, gegen die sich die Teilchen mit ihrer Trägheit sträuben. Der Raum wird unabhängig vom rotierenden Eimer als real existierendes, absolutes Bezugsystem angenommen.
Einen anderen Ansatz verfolgte Ernst Mach. Er vermutete, dass die Trägheit von allen Massen gegenseitig ausgeübt wird. Ein einzelnes Teilchen in einem leeren Universum hätte demnach keine Trägheit. Diese Sichtweise wurde unter anderem von Albert Einstein als machsches Prinzip bezeichnet.
Einsteins spezielle Relativitätstheorie bedeutete das Ende der von Newton postulierten Absolutheit von Masse, Zeit und Raum. Im Raum-Zeit-Kontinuum der speziellen Relativitätstheorie sind nur die Raumzeit-Abstände ds2 = dx2 + dy2 + dz2 − c2dt2 absolut. Räumliche und zeitliche Abstände sowie die Trägheit sind vom Bewegungszustand abhängig. Insbesondere wächst die Trägheit bei Annäherung an die Lichtgeschwindigkeit so schnell an, dass diese nicht überschritten werden kann.
In der newtonschen Theorie ist die Gleichheit von träger und schwerer Masse ein nicht weiter erklärbarer "Zufall", während sie in der allgemeinen Relativitätstheorie als Äquivalenzprinzip postuliert wird. Aus der Äquivalenz von Masse und Energie folgt, dass jede Form von Energie Trägheit besitzt.
Siehe auch
Literatur
- Walter Greiner: Theoretische Physik 1 - Mechanik Teil 1. ISBN 3-8171-1267-X
- Brian Greene: The Fabric of the Cosmos - Space, Time, and the Texture of Reality. ISBN 0-375-41288-3
- Ignazio Ciufolini, John A. Wheeler: Gravitation and inertia. Princeton Univ. Pr., Princeton 1995, ISBN 0-691-03323-4
- Emil Tocaci: Relativistic mechanics, time and inertia. Reidel, Dordrecht 1985, ISBN 90-277-1769-9
- Roland Pabisch: Trägheit und Schwere der Energiemasse von Photonen. Springer, Wien 1995, ISBN 3-211-82803-6
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