Grundlagen der Kinematik: Bewegung und Geschwindigkeit

1. Arten der Bewegung

Die Kinematik ist ein Teilgebiet der Physik, das Bewegungen analysiert, ohne die Ursachen zu betrachten. Galileo Galilei gilt als Begründer dieser Disziplin.

• Gleichförmige Bewegung (HZU)
• Gleichmäßig beschleunigte Bewegung (HZUA)
• Gleichförmige Kreisbewegung (HZRU)

A. Gleichförmige geradlinige Bewegung (HZU)

Beschreibung: Es gibt keine Richtungsänderung, daher sind Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung konstant (v = konstant). Da sich die Geschwindigkeit nicht ändert, ist die Beschleunigung Null (a = 0 m/s²).

Formel: s = s₀ + v · t

Grafik:

• Position-Zeit (s-t): Die Position wird in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt.
• Geschwindigkeit-Zeit (v-t): Die Geschwindigkeit wird über der Zeitachse aufgetragen.

B. Gleichförmige Kreisbewegung (HZRU)

Beschreibung: Die Bahn ist ein Kreis. Da eine ständige Richtungsänderung vorliegt, tritt eine Normal- oder Zentripetalbeschleunigung auf.

Wichtige Größen:

• Winkelraum (θ): Gemessen in Radiant (rad). Ein Vollkreis entspricht 2π rad (360°).
• Winkelgeschwindigkeit (ω): Der überstrichene Winkel pro Zeiteinheit (rad/s).

Beziehung zwischen Rotation und Linearität:

• Linearer Weg (s) und Winkel (θ): θ = s / r
• Lineare Geschwindigkeit (v) und Winkelgeschwindigkeit (ω): v = ω · r

2. Gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegung (HZUA)

Merkmale: Die Bahn ist geradlinig. Die Geschwindigkeit ist nicht konstant, sondern ändert sich gleichmäßig. Die Beschleunigung ist konstant (a = konstant).

Formeln:

• a = (v - v₀) / t
• v = v₀ + a · t
• s = s₀ + v₀ · t + ½ · a · t²

Grundbegriffe der Kinematik

• Bezugssystem: Dient zur Beschreibung der Bewegung.
• Vektor: Zur vollständigen Definition einer physikalischen Größe (wie Geschwindigkeit oder Beschleunigung) benötigt man Betrag, Richtung und Sinn.
• Position (s): Ein Vektor, der den genauen Ort eines Objekts relativ zum Ursprung angibt.
• Wegstrecke (s): Die tatsächlich zurückgelegte Distanz in Metern.
• Verschiebung (Δd): Der Differenzvektor zwischen End- und Anfangsposition.
• Geschwindigkeit (v): Die Änderung der Position pro Zeiteinheit (m/s).
• Durchschnittsgeschwindigkeit: Der Quotient aus Gesamtweg und Gesamtzeit.
• Momentangeschwindigkeit: Die Geschwindigkeit zu einem exakten Zeitpunkt.
• Beschleunigung (a): Die Änderung der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit (m/s²).