Diese Sendung von Telekolleg-Physik beschäftigt sich mit dem Zusammenhang von Beschleunigung, beschleunigender Kraft und "träger" Masse des Gegenstands. Dieses zweite Gesetz von Newton nimmt eine herausragende Position in der Mechanik ein. Die Sendung gliedert sich in folgende Abschnitte:
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Damit ein Auto eine Kurve
fahren kann, müssen die Laufflächen der eingeschlagenen Räder
genügend Kraft auf die Fahrbahn ausüben. Im Gegenzug übt die
Fahrbahn eine Gegenkraft auf das Fahrzeug aus. Noch deutlicher
wird das Prinzip von Kraft und Gegenkraft beim Start
eines 100-m-Läufers; wäre der Startblock
über Spikes nicht gut an der Laufbahn befestigt, dann würde die
Abstoßkraft des Läufers nach hinten verpuffen. Kraft und
Gegenkraft sind betragsgleich und entgegengesetzt gerichtet.
Dieses "Wechselwirkungsgesetz" wurde von Newton als
sein 3.Gesetz veröffentlicht; es ist heute unter dem Kürzel
"actio (gegen-)gleich reactio" bekannt. Beim Start
einer Modell-Rakete
bewirkt der Ausstoß eines Kohlenstoffdioxid-Gases nach hinten
eine Gegenkraft nach vorne; dies ist das Prinzip von
Raketentriebwerken. Bei einem anderen Experiment
schwimmen ein Magnet und ein Eisenstab auf je einem Styroporklotz
aufeinander zu und treffen sich in der Mitte. Zunächst übt nur
der Magnet eine anziehende Kraft auf das Eisen aus, aber nach
"actio gegengleich reactio" gibt es eine gleich große
Kraft vom Eisen auf den Magneten. Oder ein anderes Beispiel:
Jemand zieht mit einer Schnur an einem Haken - dann übt der
Haken eine gleich große Gegenkraft auf die Schnur aus. Auch bei
jedem Auffahrunfall
treten jeweils Paare von Kräften auf, die die Frage nach dem
jeweiligen Verursacher erschweren.
In einem Experiment
wird eine Gewichtskraft durch zwei schräg nach oben wirkende
Kräfte kompensiert. Nach der Regel der Addition zweier
Kraftvektoren muss die Ersatzkraft der beiden nach oben ziehenden
Kräfte F1 und F2
die Gegenkraft der Gewichtskraft sein. Bei kleinem Zwischenwinkel
sind F1 und F2
nur wenig größer als die Hälfte von G. Ist dagegen der Zwischenwinkel
groß, dann sind F1 und F2
sehr groß, jede alleine viel größer als G. Eine
Anwendung findet man bei Hochspannungsleitungen:
Die Haltekräfte zur Seile können nicht unendlich groß sein.
Deshalb wird ein Durchhang akzeptiert.
Mit einer "Schiefen
Ebene" bezeichnet man in der Physik eine Ebene, die
unter einem Winkel gegen die Horizontale geneigt ist. Hier ist es
sinnvoll die vertikale Gewichtskraft G in die
Hangabtriebskraft FH parallel zur Ebene
und in die Normalkraft FN senkrecht dazu
zu zerlegen. Ein Experiment
zeigt, dass diese Zerlegung eindeutige Werte für die Komponenten
liefert. Je größer der Neigungswinkel
, desto kleiner wird die Normalkraft und desto größer die
Hangabtriebskraft. Eine Schiefe Ebene ist ein bewährtes Hilfsmittel,
um schwere Gegenstände zu heben.
Grund für viele Abweichungen von den Newton'schen Gesetzen
ist die unvermeidliche Reibung: Einen Klotz
mit konstanter Geschwindigkeit zu ziehen würde ohne Reibung
keine Kraft erfordern, mit Reibung ist die Zugkraft betragsgleich
zur nach hinten gerichteten Reibungskraft. Da die Reibungskraft
proportional ist zur Kraft, mit der ein Gegenstand senkrecht auf
die Unterlage aufdrückt, kann für je ein Paar von
Materialflächen eine Reibungszahl
definiert werden. Wenn ein Auto
auf schneebedeckter Straße nicht wegfahren kann, dann wird
ersichtlich, dass Reibung oft sehr nützlich ist. Hier kann z.B.
mit Gummimatten unter den Antriebsrädern für die nötige
Reibung gesorgt werden. Reibung tritt auch auf, wenn sich ein
Körper noch gar nicht bewegt. Man spricht dann von Haftreibung.
Die Haftreibungskraft ist größer als die Gleitreibungskraft,
mit der ein Gegenstand anschließend mit konstanter
Geschwindigkeit bewegt werden kann.
Nun kann das einführende Beispiel der Sendung wieder
aufgegriffen werden: Ein Auto kann eine Kurvenfahrt nicht
aufrecht erhalten, wenn die zum Kreismittelpunkt gerichtete
"Kurvenkraft" nicht groß genug ist. In diesem Fall
rutscht das Auto tangential
aus der Kreisbahn. Die Kurvenkraft ist zum Mittelpunkt des
Kreises hin gerichtet, deshalb spricht man von einer Radialkraft.
Mit einem Spielzeug-Luftkissenboot
wird im Studio eine Formel für die Radialkraft ermittelt. In
mehreren Versuchsreihen
wird die Masse m des Boots, der Bahnradius r oder
die Winkelgeschwindigkeit 
variiert und dazu die Kraft
Fr gemessen, die nötig ist, um das Boot
auf der Kreisbahn zu halten. Das Ergebnis
lautet: Fr ist proportional zum Radius,
zur Masse und zum Quadrat der Winkelgeschwindigkeit. Bei der Kreisfahrt
eines Pkw wird die maximale Radialkraft durch die Haftkraft
zwischen den Gummiflächen der Räder und dem Bodenbelag
vorgegeben. Ebenso sind die Masse und der Radius eine feste
Größe. Damit kann die maximale Winkelgeschwindigkeit und als
Konsequenz die maximale Bahngeschwindigkeit ermittelt werden.