Grundlagen der Kinematik und Dynamik
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Geschwindigkeit und Bewegung
Nichts bewegt sich schneller als das Licht, das 300.000 km/s erreicht.
Zeit und Raum kombinieren sich, um die Beobachtung der Bewegung zu ermöglichen. Wir sagen, dass diese Bewegung auf verschiedenen Skalen relativ ist, weil verschiedene Beobachter dieselbe Bewegung unterschiedlich beschreiben können und alle Recht haben.
Wegstrecke und Bezugssystem
Die Wegstrecke eines bewegten Objekts ist die Länge des zurückgelegten Weges und hängt vom Bezugssystem ab. Wir verwenden die Geschwindigkeit, wenn wir ausdrücken müssen, wie schnell etwas in Bezug auf die verstrichene Zeit passiert.
Definition der Geschwindigkeit (Vektor)
Die Geschwindigkeit (als physikalische Größe) beschreibt, wie sich ein Objekt zu jedem Zeitpunkt bewegt, und gibt Auskunft über die Richtung, den Sinn und die Schnelligkeit der Bewegung.
Die Geschwindigkeit wird in der Physik und Mathematik grafisch durch einen Pfeil, einen Vektor, ausgedrückt. Die Länge des Vektors wird als Betrag (Modul) bezeichnet und drückt die Schnelligkeit der Bewegung aus.
Sie wird mit dem Buchstaben v symbolisiert und ist definiert als der durchlaufene Raum (e) geteilt durch die Zeit (t):
- Einheit im Internationalen System (SI): Meter pro Sekunde (m/s).
- Formel: e = v · t.
Die Durchschnittsgeschwindigkeit ist das Ergebnis der Division des zurückgelegten Raumes durch die verstrichene Zeit. Die Momentangeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, die zu jedem mathematisch dargestellten Zeitpunkt gilt.
Beschleunigung, Kraft und Gewicht
Die Beschleunigung
Die Beschleunigung wird mathematisch dargestellt:
a = F / m
Die Beschleunigung eines Körpers ist direkt proportional zur resultierenden Kraft und umgekehrt proportional zu seiner Masse.
Definition des Newton (N)
Ein Newton (N) ist die Kraft, die erforderlich ist, damit ein Körper der Masse 1 kg eine Beschleunigung von einem Meter pro Sekunde zum Quadrat (m/s²) erfährt.
Gewicht und Kilopond
Das Gewicht wird mathematisch dargestellt:
P = m · g
Das Gewicht eines Objekts auf der Erde ist die Kraft, die an diesem Ort auf es wirkt.
Ein Kilopond (kp) ist das Gewicht eines Körpers mit einer Masse von einem Kilogramm an der Erdoberfläche. Ein Kilopond entspricht 9,8 Newton.
Elastizität
Einige Materialien verformen sich sichtbar, wenn Kräfte auf sie einwirken. Die Eigenschaft, nach dem Einwirken der Kraft wieder in die ursprüngliche Form zurückzukehren, wird als Elastizität bezeichnet.