Wellen, Kinematik und Bewegung: Frequenz, Geschwindigkeit, Beschleunigung
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Wellen — Definition und Arten
1. Eine Welle ist die Ausbreitung einer Störung einer Eigenschaft eines Mediums, die durch den Raum Energie trägt.
Eine Längswelle breitet sich aus, wenn die schwingende Bewegung der Teilchen des Mediums parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle erfolgt.
Eine transversale Welle ist eine Bewegung, die durch Schwankungen gekennzeichnet ist, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung auftreten.
Die Ausbreitung elektromagnetischer Strahlung durch den Raum erfolgt in Form von elektromagnetischen Wellen.
Eine mechanische Welle ist eine Störung oder Spannung, die sich in einem materiellen Medium ausbreitet.
Länge, Zeit und Frequenz
2. Die Länge ist die Entfernung zwischen zwei Punkten. Die Länge eines Objekts ist der Abstand zwischen seinen Enden und dient zur Messung der linearen Ausdehnung.
Die Zeit ist die Dauer von Vorgängen oder wiederholten Bewegungen.
Die Frequenz ist die Anzahl der Wiederholungen (Schwingungen) pro Sekunde.
Formel: T = 1 / f (Periodendauer T ist der Kehrwert der Frequenz f). (Hinweis: Bei digitalen Messungen bezeichnet "Sampling" die Abtastfrequenz.)
Ausbreitungsgeschwindigkeit
Die Geschwindigkeit der Ausbreitung ist das Verhältnis zwischen der zurückgelegten Wegstrecke und der dafür benötigten Zeit.
Bezugssystem, Position und Verschiebung
3. Ein Bezug ist ein Punkt oder eine Reihe von Punkten, die wir verwenden, um festzustellen, ob sich ein Körper bewegt. Die Position wird relativ zum Ursprung des Bezugssystems gemessen.
Die Verschiebung ist ein Vektor, der am Ausgangspunkt der Bewegung beginnt und am Endpunkt der Bewegung endet.
Geschwindigkeit und Beschleunigung
Die Geschwindigkeit eines Körpers ergibt sich aus der Verschiebung pro Zeiteinheit:
v = Δr / Δt
Die Beschleunigung ist eine Größe, die angibt, wie sich die Geschwindigkeit einer bewegten Einheit pro Zeit ändert:
a = (Vf - Vi) / (Tf - Ti), gemessen in m/s².
Bewegungsgleichungen (geradlinig)
MRU (gleichförmig geradlinige Bewegung):
xf = x0 + v t
MRUA (gleichmäßig beschleunigte Bewegung):
xf = x0 + v0 t + (1/2) a t2
Freier Fall:
yf = y0 + v0 t - (1/2) · 9,8 · t2
Rotation: Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung
Die Winkelgeschwindigkeit ist ein Maß für die Rotationsgeschwindigkeit. Sie gibt den pro Zeiteinheit durchlaufenen Winkel an und wird häufig mit dem griechischen Buchstaben ω bezeichnet. Die SI-Einheit ist Radiant pro Sekunde (rad/s).
Die Winkelbeschleunigung ist die Veränderung der Winkelgeschwindigkeit pro Zeiteinheit.
Zentripetalbeschleunigung
Die Zentripetalbeschleunigung ist diejenige Beschleunigung, die eine Änderung der Bewegungsrichtung (und damit der Geschwindigkeit) verursacht, wenn ein Teilchen einer gekrümmten Bahn folgt.
Zusammenfassung (Stichpunkte)
- Wellen: Longitudinal- und Transversalwellen; mechanisch vs. elektromagnetisch.
- Größen: Länge, Zeit, Frequenz (T = 1/f).
- Kinematik: Position, Verschiebung, Geschwindigkeit (v = Δr/Δt), Beschleunigung (a = Δv/Δt).
- Gleichungen: MRU, MRUA, Freier Fall.
- Rotation: Winkelgeschwindigkeit ω, Winkelbeschleunigung, Zentripetalbeschleunigung.