Grundlagen der Mechanik und Elektrodynamik 2011 - Theoretische ...

10 2 Newton'sche Mechanik
2.3 Wechselwirkungen und Kräfte
... sollten begriich unterschieden werden, da Folgendes gilt:
2.3.1 Wechselwirkungen
Die scheinbar zahlreichen in der Natur beobachtbaren Wechselwirkungen lassen sich auf vier
fundamentale Wechselwirkungen zurückführen:
(1) Gravitative Wechselwirkung
(2) Elektromagnetische Wechselwirkung
(3) Schwache Wechselwirkung
(4) Starke Wechselwirkung
Es besteht die begründete Honung, diese fundamentalen Wechselwirkungen auf eine Wechselwirkung
zurückzuführen.
2.3.2 Kräfte
(A)
Die den zwei makroskopischen (Alltagserfahrung!) fundamentalen Wechselwirkungen
zugeordneten Kräfte:
Gravitationskraft (Newton): ⃗ F = −G m 1 m 2
r 2
−11 m3
(mit der Gravitationskonstante G = 6, 672 · 10
kg s ) 2
Coulomb-Kraft (Coulomb): F ⃗ = 1 q 1 q 2
4 π ε 0 r 2 ⃗e r
(mit der Dielektrizitätskonstante [des Vakuums] ε 0 = 8,8542 · 10 −12 A s
Vm )
Lorentz-Kraft (Lorentz): F ⃗ = q( E ⃗ + ⃗v × B) ⃗
(wobei ⃗v die Geschwindigkeit der Ladung q bezeichnet)
⃗e r
Bemerkung:
Für Bewegungen nahe der Erdoberäche gilt für die Gravitationskraft:
| ⃗ F | = F = m G M E
(R E + h) 2
✞
✝
h ≪ ∣
R E
☎
✆
≈ m G M E
R 2 E
=: m g ; g ≈ 9,81 m s 2
Messung von g = G M E
R 2 E
erlaubt die Bestimmung der Erdmasse!
(B)
Beispiele für weitere Kräfte:
Reibung zwischen Festkörpern:
Haftreibung: | F ⃗ | = µ s | N| ⃗ (statische Reibungskraft)
Gleitreibung: | F ⃗ | = µ k | N| ⃗ (kinematische Reibungskraft)
mit ⃗ N als die die reibenden Flächen zusammenhaltende Normalkraft. µ s und µ k sind
Materialkonstanten.