Newtons drittes Gesetz
Englisch: Newton's third law
Newtons Beobachtung, dass jeder Aktion (ausgeübte Kraft) eine gleich große und entgegengesetzte Reaktion (gleich große Kraft in entgegengesetzter Richtung) entgegensteht.
Newtons drittes Gesetz: Aktion und Reaktion, immer gepaart
Newtons drittes Gesetz besagt, dass Kräfte immer paarweise auftreten: Wenn ein Objekt eine Kraft auf ein anderes ausübt, übt dieses zweite Objekt eine gleich große Kraft in die entgegengesetzte Richtung aus. Das ist keine Tendenz oder Vorliebe; es ist absolut. Ein Hammer, der auf einen Nagel schlägt, drückt den Nagel mit einer bestimmten Kraft vorwärts, und der Nagel drückt den Hammer mit genau dieser Kraft zurück. Beide Kräfte existieren gleichzeitig, und keine kann ohne die andere existieren.
Die praktische Konsequenz ist, dass keine Kraft einseitig ist. Wenn eine Maschine ein Drehmoment auf eine Schraube ausübt, übt die Schraube ein gleiches Drehmoment in entgegengesetzter Richtung auf die Maschine aus. Wenn eine Kolbenstange gegen eine Last drückt, drückt die Last zurück auf die Stange. Zu verstehen, welche Oberfläche diese Reaktionskraft aufnimmt oder widersteht, ist für die mechanische Konstruktion entscheidend. Eine schlecht verankerte Drehmaschine, die Reaktionskräfte ignoriert, wird sich übermäßig bewegen oder vibrieren; eine gut konstruierte Maschine leitet Reaktionskräfte durch ihr Bett und Gestell zum Boden.
Warum das in der Praxis wichtig ist
In hydraulischen und pneumatischen Systemen müssen Reaktionskräfte von Aktoren berechnet und berücksichtigt werden. Eine Hydraulikpresse übt Druck auf ein Werkstück aus; das Werkstück drückt mit gleicher Kraft zurück auf den Pressenkopf. Das Pressengestell und die Befestigung müssen so ausgelegt sein, dass sie diese Reaktion ohne Durchbiegung oder Versagen verkraften. Gleichermaßen erzeugen Propellerwellen, Pumpenlaufräder und rotierende Maschinen Reaktionskräfte, die durch Lagerstützen und Strukturelemente ausgeglichen werden müssen.
Das Gesetz regelt auch Reibung und Kontaktmechanik. Wenn zwei Zahnräder ineinandergreifen, übt jeder Zahn auf den anderen Zahn eine Kraft mit gleicher Größe in entgegengesetzter Richtung aus. Das Getriebegehäuse muss steif genug sein, um die Zahnradwellen trotz dieser inneren Reaktionskräfte in Ausrichtung zu halten. Ignorieren dieses Prinzips führt zu Spiel, Lärm, Verschleiß und letztlich zu Zahnbruch.
Newtons drittes Gesetz ist nicht optional oder ungefähr; es ist die Grundlage des statischen und dynamischen Gleichgewichts in allen mechanischen Systemen. Strukturanalyse, Vibrationsvorhersage und Schadensuntersuchung hängen alle davon ab, Aktions-Reaktions-Paare korrekt zu erkennen und nachzuverfolgten, wie Reaktionskräfte durch eine Maschine zum Boden oder zur Abstützung fließen.