Die drei Newtonschen Gesetze

"Die drei Newtonschen Gesetze sind absolut zentral für die klassische Mechanik – man kann ohne Übertreibung sagen, dass sie ihr Fundament bilden. Sie wurden von Isaac Newton im 17. Jahrhundert formuliert und ermöglichen es, die Bewegung von Körpern unter Kräften systematisch zu beschreiben." Was ChatGPT behauptet, steht wortreicher auch in Wikipedia und in vielen Lehrbüchern. Doch wie steht es mit dem Wahrheitsgehalt dieser Aussage?

Das erste Gesetz ist, falls man wie Newton von einem absoluten Raum und einer universellen Zeit ausgeht, ein Spezialfall des zweiten. Das Trägheitsprinzip, das schon von Galileo Galilei aufgrund von Überlegungen bei der schiefen Ebene formuliert wurde, war primär ein frontaler Angriff auf die damals an Universitäten gelehrte Physik des Aristoteles. Kräfte beeinflussen den Bewegungszustand, sind aber nicht für dessen Erhalt zuständig. Newtons erstes Gesetz ist ein Meilenstein auf dem Weg zur Mechanik, liefert aber keinen selbständigen Beitrag zur Basisstruktur der Mechanik.

Das zweite Gesetze ist ein Hybrid aus zwei eigenständigen Aussagen. Einerseits fasst es alle auf den Körper einwirkende Kräfte zur Resultierenden zusammen und setzt diese mit der Änderungsrate des Impulses gleich. Anderseits definiert es die Geschwindigkeit des Massenmittel- oder Schwerpunktes als Quotient aus Impulsinhalt und Masse. Wer im Physikunterricht nur F = m*a mantraartig einübt, trägt mehr zur Verwirrung und wenig zum Verständnis der Mechanik bei.

Das dritte Gesetz bezieht sich auf Fernwechselwirkungen wie die Gravitation oder die elektrostatische Kraft, die aktiv über eine gewisse Distanz auf die beiden Körper einwirken. Weil die elektrostatische Wechselwirkung schon durch Michael Faraday in Frage gestellt, später von James Clerk Maxwell abgeschafft wurde und die Gravitationskraft bei Albert Einstein das gleiche Schicksal ereilte, hat das dritte Gesetz nur noch bei Kontaktkräften eine gewisse Existenzberechtigung. Dort wird dieses Prinzip von den Ingenieuren beim Freischneiden konsequent und korrekt angewendet. In vielen Physikbüchern findet man dagegen hanebüchene Fehlinterpretationen, auf die ich in separaten Beiträgen eingehen werde.

Das erste Gesetz ist ein Spezialfall des zweiten, das zweite ein Verschnitt aus zwei fundamental verschiedenen Aussagen und das dritte garantiert letztendlich nur die Erhaltung des Impulses. Zudem bezieht sich das zweite auf die resultierende Kraft, wogegen das dritte nur für Einzelkräfte gilt. Geht man wie in der Systemphysik vom Impuls als gegebene Bewegungsmenge aus, gewinnt man rasch einen Überblick über die Grundprinzipien der Translationsmechanik und kann über die vielen Fehlvorstellungen in bekannten Lehrbüchern nur noch fassungslos den Kopf schütteln.