ISAAC NEWTON (1643-1727) entdeckte einen grundlegenden Zusammenhang zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung, der als 2. newtonsches Gesetz, Grundgesetz der Mechanik oder newtonsches Grundgesetz bezeichnet wird und lautet:
Dabei ist stets zu beachten:
- Mit der Kraft F ist immer die resultierende Kraft gemeint. Wirken
auf einen Körper mehrere Kräfte, dann ist jeweils die Resultierende
zu bilden.
- Beschleunigung und beschleunigende Kraft haben immer die gleiche Richtung.
Aus der genannten Gleichung ergibt sich auch die Einheit Newton für die Kraft: Setzt man in die Gleichung die Einheiten für die Masse und die Beschleunigung ein, so erhält man:
Die Einheit Newton (1 N) ist nicht mehr und nicht weniger als eine zweckmäßige
Abkürzung für einen längeren Term.
In Alltag und Technik sind insbesondere zwei spezielle Fälle von
Interesse, die in Bild 2 dargestellt sind.
Ein Beispiel für die konstante Masse sind Fahrzeuge, bei denen die
Beschleunigung jeweils von der wirkenden Antriebskraft abhängig ist.
Ein Beispiel für die konstante Kraft ist ein Pkw, der sehr unterschiedlich
beladen sein kann und bei dem die Beschleunigung von der Beladung abhängt,
konstante Antriebskraft vorausgesetzt.
Die Zusammenhänge zwischen Kraft, Masse und Beschleunigung kann man auch experimentell untersuchen, wobei das mit sehr verschiedenen Experimentieranordnungen möglich ist. Eine Möglichkeit ist in der Simulation dargestellt.
Eine allgemeinere Formulierung des
newtonschen Grundgesetzes
Die oben genannte Gleichung ist die, die häufig in den Mittelpunkt
gestellt wird. NEWTON selbst hat sein 2. Axiom etwas anders und damit
allgemeiner formuliert. Er selbst sprach von der zeitlichen Änderung
der Bewegungsgröße.
Dahinter steckt folgende Überlegung:
Ersetzt man in der Gleichung 
die
Beschleunigung a durch die zeitliche Änderung der Geschwindigkeit,
so erhält man:
Das bedeutet: Die Kraft ist gleich der zeitlichen Änderung des Impulses.
Diese Gleichung ist aus folgenden Gründen allgemeiner als die Gleichung
: Der Impuls
eines Körpers ist definiert als das Produkt aus der Masse eines Körpers
und seiner Geschwindigkeit:
Die Änderung des Impulses ist somit:
Diese Impulsänderung
beinhaltet sowohl die Möglichkeit der Geschwindigkeitsänderung
(Beschleunigung), die auch bei
enthalten ist. Sie enthält aber auch die Möglichkeit der zeitlichen
Änderung der Masse, während im anderen Fall die Masse als konstant
angenommen wird.