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Gleichgewichte

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Energie und Entropie

Zusammenfassung

Ziehen zwei Gruppen von Kindern beim Tauziehen gerade so, daß keine die andere von der Stelle bewegt, so sagen wir, es herrsche Gleichgewicht der Kräfte: Die Kraft, die die rechte Gruppe auf die linke ausübt, ist entgegengesetzt gleich der Kraft, die die linke auf die rechte ausübt (Abb. 12.1). Die Abb. 12.2 und 12.3 zeigen ein Analogon des Tauziehens. Zwei elastische Federn sind an denselben Körper gekoppelt, und jede sucht, ihn auf ihre Seite zu ziehen. Im Zustand des Gleichgewichts ist die Zugkraft beider Federn entgegengesetzt gleich, und zwar unabhängig davon, ob die beiden Federn den gleichen Wert der Federkonstante haben oder nicht. Der Körper bleibt liegen, wenn sein Impuls P = 0 ist. In jedem anderen Zustand bleibt der Körper nicht liegen, er schwingt um die Gleichgewichtslage. Gäbe es keine Reibung, würde die Schwingung unverändert andauern. Infolge der Reibung wird die Schwingung gedämpft, die Bewegung endet in der Gleichgewichtslage. Ist die Reibung sehr groß, wie in einem zähflüssigen Medium, so schwingt der Körper nicht hin und her, sondern bewegt sich monoton auf die Gleichgewichtslage zu.

Abb. 12.1 Man spricht beim Tauziehen von einem Gleichgewicht, wenn Parteien mit dem gleichen Betrag der Kraft F ziehen. Wie dieser Paragraph zeigen wird, ist das Kräftegleichgewicht beim Tauzeihen nur dann ein Beispiel für ein Gleichgewicht, wenn das System „Tau+ziehende Parteien“ sich bei Kräftegleicheit in einem Zustand minimaler Energie befindet. Genau diese Bedingung ist allerdings beim Tauziehen meistens nicht erfüllt, so daß das Tauziehen ein ungeeignetes Beispiel ist, um den springenden Punkt des physikalischen Begriffs eines Gleichgewichts zu demonstrieren

Abb. 12.2 Der Zustand, in dem der Oszillator ruht, ist ein Gleichgewichtszustand. Die beiden Federn der Federkonstante k üben in diesem Zustand auf den Körper entgegengesetzt gerichtete Kräfte gleichen Betrags aus. Wird der Körper aus der Gleichgewichtslage gebracht, so addieren sich die auf ihn wirkenden Kräfte nicht mehr zu Null. Als Folge davon setzt sich der Körper in Bewegung, er geht fortwährend von einem Zustand über in einen anderen. Bei Berücksichtigung der Reibung endet diese Zugtandsfolge im Gleichgewicht.

Abb. 12.3 Die Überlegungen zu Abb. 12.2 gelten nicht nur bei Federn gleicher Federkonstante k, sondern ebenso bei k1k2.

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© 1976 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

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Falk, G., Ruppel, W. (1976). Gleichgewichte. In: Energie und Entropie. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-67899-8_4

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