Körper (Physik)

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In der Physik – vor allem in der klassischen Mechanik – ist ein Körper das, was Masse hat und Raum einnimmt. In der klassischen Physik gilt: Wo ein Körper ist, kann kein anderer sein. Körper bestehen aus Materie.

Fluide Körper[Bearbeiten]

Das Verhalten eines Körpers wird maßgeblich durch seinen Aggregatszustand bestimmt. Flüssige und gasförmige Körper werden zusammenfassend Fluide genannt. Sie haben keine bestimmte Form und passen sich in der Regel den Gefäßwänden an. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass sich Gase verdichten lassen, während Flüssigkeiten ein nahezu konstantes Volumen haben. Befindet sich ein Körper in einem Fluid, so erfährt er nach dem archimedischen Prinzip einen Auftrieb. Das Verhalten unbewegter Fluide wird durch die Fluidstatik beschrieben, das Verhalten bewegter Fluide durch die Fluiddynamik.

Beim Kondensieren nimmt die Dichte eines Körpers sprungartig zu (typischerweise um drei Größenordnungen). Beim Erstarren ändert sie sich hingegen nur wenig. Deshalb werden Flüssigkeiten und Festkörper als kondensierte Materie zusammengefasst und den Gasen gegenübergestellt.

Festkörper[Bearbeiten]

Festkörper besitzen zwar eine feste Form. Sie lassen sich aber durch das Einwirken äußerer Kräfte verformen. Geht die Verformung nach dem Einwirken der Kraft wieder in den Ausgangszustand zurück, so spricht man von elastischen Verformung, während eine plastische Verformung, ein irreversibler Prozess ist. In vielen Anwendungen sind die auf die Festkörper wirkenden Kräfte so gering, dass die davon verursachten Verformungen vernachlässigt werden können. Man verwendet dann das Modell des starren Körpers. Sind die Eigenschaften eines Festkörpers, insbesondere seine Dichte, im gesamten Volumen konstant, so spricht man von einem homogenen Körper.

Falls neben der Verformung auch die Rotation des Körpers vernachlässigt werden kann (z. B. weil die Ausdehnung des Körpers sehr gering ist oder weil die Rotation aufgrund von Zwangsbedingungen unmöglich ist), kann man seine Bewegung auch dadurch korrekt beschreiben, dass man ihn auf einen Massenpunkt reduziert. Man stellt sich dabei die gesamte Masse im Schwerpunkt des Körpers vereinigt vor. Streng genommen handelt es sich beim Massenpunkt nicht mehr um einen physikalischen Körper, weil er keine räumliche Ausdehnung besitzt. Wie die newtonschen Gesetze es beschreiben, bewirkt eine äußere Kraft eine Beschleunigung in Richtung der Kraft, die umso größer ist, je größer die Kraft und je kleiner die Masse des Massepunktes ist.

Die Bewegung eines Massepunktes bedeutet stets eine zeitliche Veränderung des Ortes. Entsprechend der drei Raumdimensionen hat er also drei Freiheitsgrade der Translation. Besteht ein Körper aus mehr als einem Massenpunkt, so kann er zusätzlich noch um die eine oder andere Achse rotieren. Der Schwerpunkt ist dann das gewichtete Mittel aller Massenpunkte. Das dynamische Verhalten ist nun nicht mehr allein durch die Masse des Körpers bestimmt, sondern auch durch die räumliche Verteilung der Masse, die durch den Trägheitstensor angegeben wird. Kräfte, die auf einen Körper einwirken, bewirken (wie beim Massenpunkt) Translationsbeschleunigung. Greifen sie jedoch exzentrisch, d. h. außerhalb des Schwerpunkts an, so verursachen sie außerdem Rotationsbeschleunigungen.

Beim starren Körper schließlich tritt an die Stelle der Summation über eine endliche Anzahl von Massepunkten die Integration über infinitesimal kleine Volumenelemente. Der starre Körper besitzt sechs Freiheitsgrade: Drei der Translation und drei der Rotation.

Historische Aspekte[Bearbeiten]

Der Anfang des 20. Jahrhunderts wirkende Physiker und Philosoph Moritz Schlick versucht in seinem 1918 erschienenen Werk Allgemeine Erkenntnislehre, Diskussionen zum Begriff des Körpers wiederzugeben. Laut M. Schlick sieht Immanuel Kant in seinem Werk „Kritik der reinen Vernunft“ richtig, dass es zwischen räumlichen Gegenständen und dem Bewusstsein keine wechselseitige Wirkung gibt. Jedoch bei der Wahrnehmung eines Körpers berichtet I. Kant nur von einem, dem anschaulichen Raum, und negiert dabei, dass es allein je nach gewähltem Wahrnehmungssinn oder auch nach anderen Kriterien wie beispielsweise einer abweichenden Seh- bzw. Augenleistung (M. Schlick erwähnt hier z.B. eine Farbblindheit), es ein Vielfaches an Wahrnehmungen eines Körpers gibt. M. Schlick kommt zum Schluss, dass I. Kants Darstellung des einen anschaulichen Raumes samt der Auffassung, dass Materie mit ihrer räumlichen Eigenschaft zu einer bloßen Vorstellung des Bewusstseins wird, falsch ist und so keine widerspruchsfreie Definition des Physischen möglich wird.

Im Gegensatz zu I. Kant beschreibt M. Schlick einen physischen Körper, der Gegenstand in der Physik ist, als ein physikalisches Objekt und einen vom Bewusstsein unabhängigen Gegenstand. Etwas das nicht anschaulich ist, sondern ein Begriff, ein Bezeichnendes für das Wirkliche.[1]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Moritz Schlick: Physisches und Psychisches. In: Allgemeine Erkenntnislehre. Julius Springer. Berlin, 1918. S. 253ff.