Читать книгу Hals über Kopf - Richard P. McCall - Страница 8

Bevor wir uns mit dem dritten Newton,schen Grundgesetz beschäftigen, weise ich noch auf eine interessante Eigenschaft von Kräften hin. Wenn eine Kraft auf ein Objekt einwirkt, so muss Sie von einem anderen Objekt verursacht sein. Mit anderen Worten, eine Kraft kann es nur geben, wenn mindestens zwei Objekte existieren: ein Objekt, auf das die Kraft wirkt, und ein anderes Objekt, von dem die Kraft ausgeht. Manchmal ist es sehr leicht, die beiden Objekte zu ermitteln, es gibt jedoch auch Fälle, in denen dies alles andere als einfach ist. Wenn Sie einen Baseball aufheben, üben Sie die Kraft auf den Baseball aus. Wenn die Schwerkraft auf den Ball einwirkt, ist es die Erde, von der das Gravitationsfeld ausgeht. Wirkt der Luftwiderstand auf den Ball, übt die Luft auf den Ball eine Kraft aus. Wenn Ihr Freund den Ball fängt, übt Ihr Freund (oder der Baseballhandschuh) eine Kraft auf den Baseball aus. Alle diese Kräfte wirken auf den Baseball ein und gehen von anderen Objekten aus – von Ihnen, der Erde, der Luft und Ihrem Freund.

Betrachten wir noch einmal das Beispiel des angeschobenen Autos. Auf das Auto wirken verschiedene Kräfte ein: die Schubkraft, die ihr entgegengerichtete Reibungskraft, die Gravitationskraft (oder das Gewicht) und die Kraft, die das Auto nach oben drückt. Sie üben die Schubkraft aus, der Untergrund, das Getriebe und die Radlager die Reibungskraft, von der Erde geht das Gravitationsfeld und vom Boden die Kraft aus, die das Auto nach oben drückt. Wenn wir den ersten und zweiten Grundsatz Newtons anwenden, sind wir hauptsächlich an den Kräften interessiert, die auf den Wagen einwirken. Manchmal müssen wir jedoch auch das Objekt oder die Objekte bedenken, von denen die Kräfte ausgehen.

Der dritte Grundsatz Newtons betrachtet nicht nur die Kräfte, die auf ein Objekt einwirken, sondern auch die Wirkung auf das Objekt, das die Kraft ausübt. Es verhält sich nämlich so, dass das Objekt, auf das eine Kraft ausgeübt wird, auf das Objekt, von dem die Kraft ausgeht, zurückwirkt. Diese beiden Kräfte sind gleich groß und einander entgegengesetzt. Eine Kraft wird als die aktive Kraft und die andere als die reaktive Kraft bezeichnet, sodass beide ein Paar aus Wirkung und Gegenwirkung ausmachen. Wenn Sie ein Auto schieben, dann drückt das Auto mit gleicher Kraft in Ihre Richtung zurück. Wenn Sie gegen einen Fußball treten und auf diese Weise mit Ihrem Fuß eine Kraft darauf ausüben, geht vom Fußball eine entgegengesetzte Kraft auf Ihren Fuß aus. Wenn Sie häufig gegen den Fußball treten, ermüdet Ihr Fuß und tut Ihnen vielleicht sogar weh.

Wenn aber alle Kräfte in Paaren auftreten, die gleich groß und einander entgegengesetzt sind, heben sie sich dann nicht einfach auf? Wie also kommt es dazu, dass sich ein Objekt bewegt? Der Schlüssel zur Beantwortung dieser Frage ist, dass wir, wenn wir die Bewegung eines Objekts analysieren, uns auf die Kräfte konzentrieren, die darauf einwirken. Es trifft zwar zu, dass von dem Objekt, das die Einwirkung erleidet, auch Kräfte auf die anderen Objekte ausgehen. Wenn wir jedoch wissen müssen, was mit diesen geschieht, betrachten wir die Kräfte, die auf diese Objekte einwirken. Auf jedes Objekt wirken Kräfte ein, und um seine Bewegung zu studieren, müssen wir lediglich diese Kräfte betrachten.

Ich bin auf das Thema und Prinzip des Kräftepaares aus Wirkung und Gegenwirkung eingegangen, weil es für das Verständnis der Bewegung des Körpers eine wichtige Rolle spielt. Wann immer ein bestimmter Teil des Körpers bewegt wird, wenn Sie zum Beispiel Ihren Unterarm bewegen, zieht ein Muskel an diesem Körperteil, in diesem Fall der als Bizeps bezeichnete Muskel. Die Gegenkraft zu dieser Kraft besteht darin, dass der Körperteil eine gleich große Zugkraft auf den Muskel ausübt. Doch es gibt eine zweite Kraft, die auf den Muskel einwirkt, um zu verhindern, dass er sich bewegt, weil Muskeln mit zwei Stellen des Körpers verbunden sind. Wenn daher ein Ende des Muskels mit einem Körperteil verbunden ist und diesen bewegt, so ist das andere Ende irgendwo befestigt und zieht an diesem anderen Körperteil. Der Körper zieht an dem Muskel, sodass die auf den Muskel einwirkende Gesamtkraft den Wert null hat. Dieser andere Körperteil ist oft deshalb unbeweglich, weil wiederum andere Kräfte darauf wirken. Seine Struktur sollte so stabil sein, dass sie nicht nachgibt, wenn der Muskel daran zieht. (Es könnte etwa ein Knochen oder ein Gelenk sein.) Ein Ende des Bizeps, der zum Heben des Unterarms verwendet wird, ist an einem Punkt in der Nähe der Schulter befestigt. Wenn das Schultergelenk nachgeben würde, könnten Sie Ihren Unterarm nicht heben (Abb. 1.2). Muskeln und ihre Ansatzpunkte werden wir weiter unten noch genauer behandeln.

Abb. 1.2 Ein Beispiel einer Winkelbewegung. Die Punkte, mit denen die beiden Enden des Bizeps verbunden sind, werden als Ursprungs- und Ansatzpunkt bezeichnet. Der Ansatzpunkt bewegt sich in Richtung des Ursprungs, wenn die Muskelspannung F_M angewendet wird. Der Ursprung ist ein fester Punkt, der sich nicht bewegt.