Artikel über die physikalischen Größen in der linearen Bewegung
1. Zeitintervall
Wenn sich ein Objekt von einem Ort zum anderen bewegt, benötigt es ein bestimmtes Zeitintervall. Das Zeitsymbol ist t (Zeit). Die internationale Zeiteinheit ist die Sekunde (s).
2. Distanz und Verschiebung
Die Entfernung ist die Länge des Weges, den ein Objekt zurücklegt. Sie ist eine skalare Größe und somit richtungsunabhängig. Das Symbol für die Entfernung ist d, die Einheit im internationalen Einheitensystem ist Meter (m).
Eine Verschiebung ist die Veränderung der Position eines Objekts. Sie ist eine vektorielle Größe und besteht daher aus ihrem Betrag und ihrer Richtung. Die Verschiebung ist von der Richtung abhängig und kann positiv oder negativ sein. In kartesischen Koordinaten ist eine Verschiebung positiv, wenn ihre Richtung in Richtung der positiven x- und y-Achse verläuft. Umgekehrt ist eine Verschiebung negativ, wenn sie in Richtung der negativen x- und y-Achse verläuft. Die Richtung einer Verschiebung wird üblicherweise mit Norden, Osten, Süden oder Westen angegeben. Das Symbol für eine Verschiebung ist d, die Einheit im internationalen Einheitensystem ist Meter (m).
Beispielaufgabe 1:
Ein Schüler bewegt sich bis zu 2 Meter nach Osten. Wie groß ist die zurückgelegte Strecke und die Verschiebung des Schülers?
a = Ausgangsposition, b = Endposition.
Abstand (d) = 2 m
Die Verschiebung (d) beträgt 2 m. Die Verschiebungsrichtung ist Osten.
Beispielaufgabe 2:
Ein Schüler bewegt sich zunächst 2 Meter nach Osten und dann 2 Meter nach Westen. Wie groß ist die zurückgelegte Strecke und die Verschiebung des Schülers?
a = Startposition und Endposition
Abstand (d) = 2 m + 2 m = 4 m
Die Größe der Verschiebung (d) beträgt 2 m – 2 m = 0. Endposition = Anfangsposition, sodass keine Verschiebung stattfindet.
Beispielaufgabe 3:
Ein Schüler bewegt sich zunächst 2 Meter nach Osten und dann 1 Meter nach Westen. Wie groß ist die zurückgelegte Strecke und die Verschiebung des Schülers?
a = Startposition, b = Endposition.
Abstand (d) = 2 m + 1 m = 3 m
Die Verschiebung (d) beträgt 2 m – 1 m = 1 m. Die Verschiebungsrichtung ist Osten.
3. Geschwindigkeit und Tempo
Geschwindigkeit ist eine skalare Größe, während Geschwindigkeit eine vektorielle Größe ist. Die Geschwindigkeit setzt sich aus Betrag und Richtung zusammen. Das Symbol für Geschwindigkeit ist v, das Symbol für Geschwindigkeit ist v (Geschwindigkeit). Die internationale Einheit für Geschwindigkeit und Geschwindigkeit ist Meter pro Sekunde (m/s).
a. Durchschnittsgeschwindigkeit und Durchschnittsgeschwindigkeit
Beispielaufgabe 1:
Ein Schüler bewegt sich in einer Sekunde 2 Meter nach Osten. Wie groß sind die Durchschnittsgeschwindigkeit und der Betrag der Durchschnittsgeschwindigkeit des Schülers?
Die Richtung der Durchschnittsgeschwindigkeit entspricht der Richtung der Verschiebung und zeigt nach Osten.
Beispielaufgabe 2:
Ein Schüler bewegt sich 1 Sekunde lang 2 Meter nach Osten und anschließend 2 Sekunden lang 1 Meter nach Westen. Wie groß sind die Durchschnittsgeschwindigkeit und der Betrag der Durchschnittsgeschwindigkeit des Schülers?
Richtung der Durchschnittsgeschwindigkeit = Richtung der Verschiebung = nach Osten
b. Momentangeschwindigkeit und Momentangeschwindigkeit
Momentangeschwindigkeit = eine sehr kleine Strecke, die in einem sehr kurzen Zeitintervall zurückgelegt wird. Der Betrag der Momentangeschwindigkeit entspricht der sehr kleinen Verschiebung, die in einem sehr kurzen Zeitintervall zurückgelegt wird. Wer schon einmal Motorrad oder Auto gefahren ist, hat sicherlich einen Tachometer gesehen. Beim Motorradfahren ändert sich die Geschwindigkeit und wird vom Tachometer angezeigt.
In der Physik wird die Momentangeschwindigkeit oft mit „Geschwindigkeit“ abgekürzt. Ebenso wird die Momentangeschwindigkeit häufig mit „Geschwindigkeit“ abgekürzt. Beachten Sie, dass wir den Betrag der Geschwindigkeit durch „Geschwindigkeit“ ersetzen können. Dies liegt daran, dass der Betrag der Geschwindigkeit als gleich der Geschwindigkeit angenommen wird. Der Betrag der Geschwindigkeit wird als gleich der Geschwindigkeit angenommen, da Strecke und Betrag der Verschiebung bei sehr kleinen Werten gleich sind. Obwohl Strecke und Betrag der Verschiebung nicht immer gleich sind (vgl. die Diskussion über Strecke und Verschiebung), müssen sie bei sehr kleinen Werten denselben Wert haben.
4. Beschleunigung
Beschleunigung ist eine vektorielle Größe, daher gibt es sowohl den Betrag als auch die Richtung der Beschleunigung. Das Symbol für Beschleunigung ist a (Beschleunigung). Die SI-Einheit der Beschleunigung ist Meter pro Sekunde zum Quadrat (m/s² ).
a. Durchschnittliche Beschleunigung
Beispielaufgabe:
Ein Auto fährt aus dem Stand nach Osten und erreicht dabei eine Geschwindigkeit von 10 m/s, die es 5 Sekunden lang beibehält. Berechnen Sie die Größe der durchschnittlichen Beschleunigung!
Die Richtung der mittleren Beschleunigung ist nach Osten.
Im Durchschnitt erhöht sich die Geschwindigkeit des Autos um 2 m/s pro Sekunde. Ist die Beschleunigung des Autos konstant, erhöht sich die Geschwindigkeit stets um 2 m/s pro Sekunde. Ist die Beschleunigung jedoch nicht konstant, erhöht sich die Geschwindigkeit nicht immer um 2 m/s pro Sekunde. Beispielsweise kann die Geschwindigkeit in der ersten Sekunde um 1 m/s und in der zweiten Sekunde um 3 m/s zunehmen. Im Durchschnitt erhöht sich die Geschwindigkeit des Autos jedoch während einer 5-sekündigen Fahrt um 2 m/s pro Sekunde.
b. Momentane Beschleunigung
Momentane Beschleunigung ist eine Geschwindigkeitsänderung innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls. Sie wird oft einfach als Beschleunigung bezeichnet. Wenn also von Beschleunigung die Rede ist, ist meist die momentane Beschleunigung gemeint. Ein Objekt erfährt eine Beschleunigung, wenn sich seine Geschwindigkeit ändert. Geschwindigkeit ist eine vektorielle Größe, die sowohl den Betrag als auch die Richtung der Geschwindigkeit umfasst. Daher gibt es drei Bedingungen, unter denen ein sich bewegendes Objekt beschleunigt wird. Erstens: Ein Objekt erfährt eine Beschleunigung, wenn sich der Betrag seiner Geschwindigkeit ändert (die Richtung der Geschwindigkeit bleibt jedoch konstant).
Im ersten Beispiel befindet sich ein Auto anfangs in Ruhe (v = 0). Eine Sekunde später erhöht sich seine Geschwindigkeit auf 5 m/s. Da die Geschwindigkeit des Autos zunimmt, spricht man von einer Beschleunigung. Im zweiten Beispiel fährt ein Auto anfangs mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s. Nach einer Sekunde hält es an. Die Geschwindigkeit des Autos nimmt ab, da es eine negative Beschleunigung oder eine Verzögerung erfährt. Zweitens: Ein Objekt erfährt eine Beschleunigung, wenn sich die Richtung seiner Geschwindigkeit ändert (der Betrag der Geschwindigkeit bleibt konstant). Die Richtung der Geschwindigkeit entspricht der Richtung der Verschiebung und der Bewegungsrichtung. Drittens: Ein Objekt erfährt eine Beschleunigung, wenn sich sowohl der Betrag als auch die Richtung seiner Geschwindigkeit ändern.
