Bewegung und Beschleunigung
Eine sprachlich einfache Einführung in das Thema finden Sie in
Leifi-Physik in den Kapiteln "gleichförmige Bewegung" und "beschleunigte Bewegung".
(Die fett gedruckten Wörter sollten
Sie in Ihre Kartei aufnehmen und lernen.)
Wenn sich ein Körper bewegt, so bedeutet das, dass er seinen Ort
verändert, also eine Strecke
zurücklegt. Nach einer gewissen Zeit ist er also ein einem
anderen Punkt der Strecke angelangt.
Sehen wir uns ein Beispiel an: Ein Zug fährt von Darmstadt nach
Frankfurt. Wenn Sie in Darmstadt studieren, wissen Sie, dass Frankfurt
etwa 40 km nördlich von Darmstadt liegt
Die Bahnstrecke hat keine Kurven, der Zug kann also immer geradeaus
fahren. Wir sprechen von einer geradlinigen
Bewegung. Die Strecke (s), die der Zug zurücklegt, können wir
daher als Gerade darstellen. (s-Achse).
Außerdem können wir in horizontaler Richtung die Zeit darstellen (t-Achse)
Lassen Sie uns nun die Fahrt des Zuges verfolgen.
Zum Zeitpunkt 0 startet der Zug in Darmstadt. Der Lokführer schaltet
auf "Beschleunigen" und der
Zug beginnt sich zu bewegen. Dabei steigt
die Geschwindigkeit gleichförmig, bis der Zug seine
Reisegeschwindigkeit erreicht hat. (Auch das nehmen wir einfach
an.) Den Anstieg der
Geschwindigkeit bezeichnet man als
Beschleunigung. Die Bewegung des Zuges ist in dieser Phase
eine gleichförmig beschleunigte
Bewegung.
Bei einer gleichförmig beschleunigten Bewegung ist der
Anstieg
der Geschwindigkeit konstant.
Irgendwann hat der Zug seine Reisegeschwindigkeit erreicht und
beschleunigt nicht mehr weiter. Die Beschleunigung ist jetzt 0, die Geschwindigkeit
ist konstant.
Wenn sich die Geschwindigkeit nicht ändert, handelt es sich um eine gleichförmige Bewegung.
Wenn der Frankfurter Bahnhof in Sicht kommt, muss der Lokführer
bremsen. Physikalisch nennt man das Verzögerung. Aus der gleichförmigen Bewegung wird nun
eine gleichförmig verzögerte
Bewegung. Die Geschwindigkeit sinkt gleichmäßig, bis der Zug
zum Stehen kommt. Wenn der Zug im Bahnhof steht, ist die
Geschwindigkeit 0 und die Beschleunigung ebenfalls.
Wir können auch die Beschleunigung (a)
graphisch darstellen. Spielen Sie ein wenig mit dem folgenden Applett
und machen Sie sich die Zusammenhänge klar.
(Java Applett mit freundlicher Genehmigung von Walter Fendt)
Um welche Art von Bewegung handelt es sich jeweils?
Anfangsposition = 0 m; Anfangsgeschwindigkeit = 0 m/s ;
Beschleunigung = 1 m/s2
Anfangsposition = 0 m; Anfangsgeschwindigkeit = 4 m/s ;
Beschleunigung = 0 m/s2
Anfangsposition = 50 m; Anfangsgeschwindigkeit = 0 m/s ;
Beschleunigung = -1 m/s2
Anfangsposition = 20 m; Anfangsgeschwindigkeit = 5 m/s ;
Beschleunigung = 0,5 m/s2
Anfangsposition = 0 m; Anfangsgeschwindigkeit = 0 m/s ;
Beschleunigung = 0 m/s2
Weitere Übungsaufgaben, die die Behandlung des Stoffs in
Physik voraussetzen:
Aufgabe:
Nach 20 Miinuten Aufenthalt fährt der Zug ohne Halt wieder nach
Darmstadt zurück. Er benötigt 8 Minuten, um auf seine
Reisegeschwindigkeit von 120 km/h zu beschleunigen und ebenfalls 8
Minuten, um in Darmstadt abzubremsen. In der Zwischenzeit fährt der
Zug konstant mit 120 km/h. Die Länge der Strecke beträgt 40 km.
Zeichnen
Sie das s/t-Diagramm, das v/t-Diagramm und das a/t-Diagramm für
diese Bewegung. Berechnen Sie die Gesamtfahrzeit sowie die
Momentangeschwindigkeit nach genau 2 Minuten Fahrzeit.
Weitere Übungen:
Bewegung 2
(Versuchsbeschreibung Rollen- und Luftkissenfahrbahn)
Bewegung 3 (Lesetext mit Aufgaben zur
Geschichte der Kinematik)
Zum Knobeln:
Klaus und Peter machen einen Wettlauf über 100 m.
Als Klaus am Ziel ist, hat Peter erst 95 m zurückgelegt.
Damit es beim zweiten Wettlauf spannender wird,
vereinbaren sie, dass Klaus jetzt 5 m vor der Startlinie loslaufen
muss. Er muss also 105 m weit laufen, während Peter wie beim ersten
Mal vom Startpunkt startet. Wer gewinnt diesmal?
Tipp: Die Aufgabe kann man rechnerisch oder mit einem Diagramm lösen.
(c) Hans
Göttmann 2016
