Trägheit

Trägheit, in einem weiter gefassten Sinne die physikalische Eigenschaft der Materie bzw. von Körpern, einer Änderung der Geschwindigkeit oder Bewegungsrichtung einen Widerstand entgegenzusetzen (Beharrungsvermögen). Nach einer enger gefassten Definition versteht man unter dem physikalischen Begriff Trägheit auch die Eigenschaft aller Körper, die eine Masse besitzen, ihren Bewegungszustand nur durch äußere Einwirkungen zu ändern.

Für eine punktförmige Masse wird die Trägheit durch das erste Newtonsche Axiom beschrieben, das von dem englischen Physiker Isaac Newton aufgestellt wurde: Ein ruhender Massepunkt bleibt in Ruhe, und ein sich bewegender Massepunkt setzt seine Bewegung in gerader Linie fort, wenn keine äußere Kraft auf ihn einwirkt (Kräftefreiheit). Beispielsweise spürt der Fahrer eines stark beschleunigenden Autos eine Kraft, die ihn in den Sitz drückt. Die Ursache hierfür ist die Trägheit seines eigenen Körpers. Wenn der Wagen stark abgebremst wird, tendiert der Körper des Fahrers dazu, seine Geschwindigkeit beizubehalten, und der Fahrer muss sich nach vorn abstützen. Bei einer Kurvenfahrt rutscht z. B. ein Gegenstand im Kofferraum nach außen, weil er aufgrund der Trägheit seiner Masse die geradlinige Bewegung fortsetzt.

Um eine Achse rotierende Körper (z. B. die Schwungscheibe eines Motors) besitzen eine Rotationsträgheit. Durch diese Rotationsträgheit bleibt die Drehgeschwindigkeit erhalten, solange keine äußere Kraft wirkt. Um die Drehgeschwindigkeit eines Körpers auf einen bestimmten Betrag zu ändern, muss eine Kraft aufgewandt werden. Diese muss größer sein als die Rotationsträgheit des Körpers. Schwungscheiben oder auch Schwungmassen, wie etwa an der Kurbelwelle des Automotors, besitzen eine große Rotationsträgheit. Ein Verbrennungsmotor gibt seine Leistung stoßweise ab, und die Schwungmasse gleicht mit ihrer hohen Trägheit die Stöße aus.

Die Trägheit eines Körpers wird durch seine Masse bestimmt – eigentlich träge Masse. Die träge Masse ist streng gesehen von der so genannten schweren Masse (Gewicht) zu unterscheiden, denn letztere entsteht durch die Einwirkung der Gravitation. Dazu ein Beispiel: Ein Körper mit der trägen Masse von 1 Kilogramm hat unter Einwirkung der Erdanziehungskraft eine schwere Masse von etwa 1 Kilogramm, auf dem Mond beträgt die schwere Masse dieses Körpers jedoch nur etwa ein Sechstel.

Nach dem zweiten Newton’schen Axiom ist die auf einen Körper wirkende Kraft gleich dem Produkt aus dessen Masse und der Beschleunigung, die ihm die Kraft verleiht. Daher muss die Masse für ein und dieselbe Beschleunigung um so größer sein, je schwerer der Körper ist. Ein Körper mit höherer Masse hat also eine größere Trägheit als ein leichter Körper. Wenn eine Bowlingkugel und ein Tennisball mit der gleichen Geschwindigkeit rollen, so muss bei der Bowlingkugel aufgrund ihrer höheren Trägheit eine höhere Kraft aufgewandt werden, um diese Geschwindigkeit zu erreichen. Siehe Geschwindigkeit.

Nach der Einstein’schen Beziehung (Energie-Masse-Äquivalenz)

E = mc2

kommt jeder Energieform auch eine Masse zu. Jede Änderung der Energie hat auch eine Änderung der trägen Masse zur Folge (siehe Massendefekt).

Siehe auch Erhaltungssätze; Relativitätstheorie; Mechanik