Wie die Newtonschen Gesetze Ihnen Beine machen
Egal, ob Sie warten mussten oder ob Ihre Maschine gleich auf die Startbahn einbiegen konnte, irgendwann kommt der Moment, wenn Sie beim Start den Schub verspüren und zurück in Ihren Sitz gedrückt werden. Das ist die Gelegenheit, die berühmtesten Naturgesetze in Aktion zu erleben – Sie sind in die Hände der von Newton formulierten Grundgesetze der Bewegung geraten. Bei diesen Gesetzen dreht sich alles um Kräfte. Abstrakt gesagt, ist eine Kraft etwas, das etwas bewirkt. Wenn sich beispielsweise ein Objekt plötzlich bewegt, muss eine Kraft auf das Objekt eingewirkt haben. Newton hat dies in drei verschiedenen Gesetzen dargelegt, und die kommen alle drei ins Spiel, wenn der Startlauf Ihrer Maschine beginnt.
Das erste Gesetz besagt, dass ein Objekt (Ihr Körper beispielsweise) in seinem Zustand – Bewegung oder Ruhe – verharrt, solange keine Kraft auf ihn einwirkt. Das hört sich banal an, aber vor Newton nahm man an, dass man etwas antreiben müsse, um es in Bewegung zu halten. Hörte man auf, anzutreiben, so dachte man, würde es von sich aus anhalten. (In Wahrheit war die alte Vorstellung etwas komplizierter, weil man davon ausging, dass manche Dinge – wie die Erde – Schwere besaßen, die ihnen die Tendenz verlieh, Richtung Mittelpunkt des Universums zu fallen, und andere – wie Luft – Flüchtigkeit besaßen, was zum Aufsteigen weg vom Zentrum des Universums führte. Doch ansonsten stoppte die Bewegung, sobald der Antrieb wegfiel.) Newton hingegen erkannte, dass eine Kraft (in entgegensetzter Richtung zur Bewegung) einwirken muss, um etwas, das in Bewegung ist, zu verlangsamen.
Die Triebwerke üben Kraft auf das Flugzeug aus, und diese Kraft setzt die Maschine in Bewegung. Aber Ihr Körper bewegt sich an diesem Punkt nicht. Also drückt der Sitz nach vorn auf Sie. Was Sie empfinden (weil Sie die Dinge aus Ihrer Perspektive betrachten und nicht aus der des Sitzes), ist, dass Sie zurück in den Sitz sinken, aber im Hinblick auf Ursache und Wirkung ist es Ihr Sitz, der auf Sie zubewegt wird. Nun erst wirkt eine Kraft auf Sie ein – und Sie geraten in Bewegung. Täten Sie es nicht, würden Sie durch den Sitz krachen.
Was genau bewirkt diese Kraft also bei Ihnen? Newtons zweites Gesetz stellt fest, dass die Kraft, die auf Sie einwirkt, dem Produkt aus Ihrer Masse und der Beschleunigung, die Sie erfahren, entspricht. Je mehr einwirkende Kraft Sie verspüren, desto mehr werden Sie beschleunigen. Das Flugzeug beschleunigt aus dem Stand auf 240 km/h in etwa einer halben Minute. Das ist rund ein Viertel der Beschleunigung, die wir aufgrund der Gravitation erfahren. Also beträgt die g-Kraft, die Sie erfahren – das Äquivalent der Gravitationskraft –, etwa 0,25 g.
Das scheint ziemlich schwach zu sein. Und verglichen mit der Beschleunigung von 0 auf 100 km/h, die ein großer Sportwagen leisten kann, ist es das auch. Ein Jaguar XJR beispielsweise beschleunigt von 0 auf 100 km/h in fünf Sekunden. Das sind etwa 0,6 g. Wieso werden Sie im Flugzeug dann so deutlich in den Sitz gedrückt? Weil Sie in dem Moment, in dem der Pilot Gas gibt, nahezu der gesamte Schub trifft, während sich im Auto die Kraft langsamer aufbaut und deshalb meist nicht so deutlich zu spüren ist (abgesehen davon fahren die meisten von uns sowieso kein superschnelles Auto).
Eine große Rolle bei Ihrer Beschleunigung auf der Startbahn spielt das dritte und letzte der Newtonschen Gesetze. Es ist das Gesetz, das öfter mit »Jede Aktion ruft eine gleich große Reaktion hervor, die entgegengesetzt wirkt« beschrieben wird. Auf den ersten Blick erscheint das als Unsinn. Es klingt, als könne man kein Objekt bewegen: Wenn man versuchte, es anzuschieben, würde ja die gleiche Kraft in die Gegenrichtung einsetzen – was unterm Strich bedeuten müsste, dass nichts passiert. Doch ohne Newtons drittes Gesetz könnte kein Düsenjäger fliegen.
Der Grund, warum das dritte Gesetz stimmt, ist, dass Aktion und Reaktion auf verschiedene Dinge einwirken. Wenn Sie eine Kiste schieben, drückt die Kiste Sie mit derselben Menge an Kraft zurück. Wenn Sie einen Fallschirmsprung machen, wird die Erde mit genau derselben Kraft von Ihnen angezogen wie Sie von der Erde. Aber vergessen Sie das zweite Gesetz nicht. Kraft ist Masse mal Beschleunigung. Die Erde hat eine wesentlich größere Masse als Sie. Obwohl Sie und der Planet dieselbe Gravitationskraft erfahren, beläuft sich die Beschleunigung, die die Erde erfährt, auf die Kraft geteilt durch die ungeheure Masse – die Anziehung, die Sie auf die Erde ausüben, hat daher keinerlei Effekt.
Wenn Ihr Sitz auf Sie drückt, drücken Sie Ihren Sitz zurück. Würden Sie das nicht tun, würden Sie mit der Beschleunigung nicht in den Sitz sinken, sondern nur nach vorn gestoßen. Doch Newtons drittes Gesetz ist noch viel bedeutsamer: Von ihm hängt ab, dass ein Düsentriebwerk ein Flugzeug bewegen kann.