Mechanik: Dynamik
Bewegung ohne Kräfte
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Bewegung von Körpern einfach erklärt 

Unter einer Bewegung verstehst du in der Physik, dass ein Körper in einem Bezugssystem seine Lage ändert. Das Bezugssystem ist dabei zum Beispiel eine Oberfläche, wie eine Straße. Ohne so ein System kannst du eine Bewegung nicht einordnen. Wenn du eine Bewegung beschreiben musst, kannst du unterscheiden zwischen Bewegungsformen, Bewegungsarten oder Bewegungsdimension.

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Bewegungen in der Physik

 Bei den Bewegungsformen betrachtest du den Weg genauer, auf welchem sich ein Körper bewegt. Du kannst zwischen einer Bewegung auf einer geraden Linie, in einer Kreisform und in einer Schwingungsform unterscheiden.

Bei den Bewegungsarten stehen die Geschwindigkeit und Beschleunigung des Körpers im Vordergrund. Du unterscheidest die unbeschleunigte Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit und die beschleunigte Bewegung.

Durch die Bewegungsdimensionen kannst du unterscheiden, ob sich ein Körper ein-, zwei- oder dreidimensional bewegen kann. Also nach links und rechts, zusätzlich oben und unten oder sogar noch nach vorne und hinten.

Was ist ein Körper? 

Ein Körper hat immer ein bestimmtes Volumen, besteht aus einem Stoff und hat eine Masse.

  • Unter Volumen verstehst du die räumliche Ausdehnung eines Körpers. 
  • Als Stoff bezeichnest du das Material, aus dem der Körper besteht. Aus ihm ergibt sich auch die sogenannte Dichte
  • Aus dem Volumen und der Dichte des Stoffs ergibt sich die sogenannte Masse.

Bei bestimmten Bewegungen spielt jedoch die Masse nicht immer eine große Rolle. Experten haben deshalb zwei Modelle entwickelt, um manche Bewegungen einfacher beschreiben zu können.

Modell des Massenpunktes

Ein Massepunkt bedeutet, dass die gesamte Masse des Körpers in einem Punkt zusammengefasst wird. Die Masse wird also nicht (wie in der Realität) gleichmäßig verteilt. Daraus folgt, dass die Abmessungen keine Rolle spielen und du die reine Bewegung betrachtest.

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Modell des Massepunktes

 Modell des starren Körpers

Bei einem starren Körper gehst du davon aus, dass sich der Körper nicht verformt. In der Realität können sich Körper bei einer Bewegung nämlich minimal ausdehnen oder komprimieren. Diese Veränderungen kannst du zur Vereinfachung ignorieren.

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Bewegungsformen 

Die Bewegungsformen kannst du danach unterscheiden, in welcher Form der Körper die Bewegung zurücklegt. Dabei gibt es die Translation, die Rotation und die Oszillation. Den Weg der Bewegung nennst du auch Bahnkurve. 

  • Geradlinige Bewegung (Translation): Die Bewegungsform folgt hier einer geraden Linie. Dabei wendest du das Modell des Massenpunktes an. Weil sich bei der geradlinigen Bewegungsform alle Teile des Körpers in dieselbe Richtung bewegen, tritt sie zum Beispiel bei einem fahrenden Auto auf.
  • Kreisförmige Bewegung (Rotation ): die Bewegungsform ist kreisförmig. Um sie zu beschreiben, beziehst du das Modell des starren Körpers mit ein. In der Realität findest du eine solche Bewegungsform zum Beispiel beim Mond, der sich kreisförmig um die Erde bewegt.
  • Schwingende Bewegung (Oszillation): die Bewegungsform kennst du als Schwingung. Dabei bewegt sich ein Körper zwischen zwei Umkehrpunkten auf einer gleichförmigen Bahn. Die Form der Bewegung hat zum Beispiel eine Schaukel.
Merke:

Bei Bewegungsformen werden Bewegungen im räumlichen Verlauf betrachtet. Es geht darum, auf welcher Bahnkurve sich ein Körper bewegt. Unterschieden wird zwischen:

  • geradliniger Bewegung (Translation)
  • kreisförmiger Bewegung (Rotation)
  • schwingender Bewegung (Oszillation)

Bewegungsarten 

Bei einer Bewegungsart untersuchst du die Bewegung im zeitlichen Verlauf. Wichtige Faktoren sind dabei die Geschwindigkeit und die Beschleunigung. Je nachdem, ob eine der Größen oder beide konstant sind, unterscheidest du zwei Bewegungsarten.

Bewegungsart Geschwindigkeit Beschleunigung
gleichförmig konstant keine Beschleunigung
ungleichförmig nicht konstant

gleichmäßige Beschleunigung

ungleichmäßige Beschleunigung 

Merke:

Bewegungsarten sind abhängig von der Geschwindigkeit und der Beschleunigung eines Körpers. Ändert sich die Geschwindigkeit nicht, ist die Bewegung gleichförmig. Falls sich Geschwindigkeit ändert, ist die Bewegung entweder gleichmäßig oder ungleichmäßig beschleunigt.

Bewegungsarten Beispiele 

Die gleichförmige Bewegung findest du zum Beispiel bei einem Auto, das auf einer geraden Strecke mit einer konstanten Geschwindigkeit fährt. Weil es nicht schneller wird, findet keine Beschleunigung statt.

Eine ungleichförmige, gleichmäßige Beschleunigung kann ebenfalls beim Autofahren eintreffen. Und zwar dann, wenn die Beschleunigung beim gesamten Beschleunigungsvorgang konstant ist. Dabei verändert sich die Geschwindigkeit im zeitlichen Verlauf und ist deshalb nicht konstant.

Für die ungleichförmige ungleichmäßige Beschleunigung kannst du dir ein Flugzeug beim Start vorstellen. Bei diesem Vorgang ist die Beschleunigung zuerst gering und wird immer höher, bis das Flugzeug schließlich abhebt. Auch hier ist die Geschwindigkeit nicht konstant, weil sie sich ändert.

Überlagerung zweier gleichförmiger Bewegungen

Bewegungen können jedoch auch gleichzeitig passieren. Das nennst du dann Überlagerung. Dabei gibt es 3 Möglichkeiten:

  • Zwei gleichförmige Bewegungen überlagern sich in die gleiche Richtung. Zum Beispiel, wenn du in einem fahrenden Zug in die Fahrtrichtung läufst.
  • Umgekehrt können sich zwei Bewegungen auch in entgegengesetzter Richtung überlagern. Beispielsweise, wenn du in einem fahrenden Zug entgegen der Fahrtrichtung läufst.
  • Oder die Bewegungen überlagern sich in einem Winkel zueinander, zum Beispiel wenn Wellen seitlich auf ein Schiff treffen.

Zusammengesetzte Bewegung

Unterschiedliche Bewegungsarten können sich auch zu einer Bewegung zusammensetzen . Zum Beispiel die gleichförmige und die gleichmäßig beschleunigte Bewegung. 

Das ist oft der Fall, wenn du etwas wirfst. Der schiefe oder der waagrechte Wurf stellt dabei die gleichmäßige Beschleunigung dar. Wenn du die Erdanziehungskraft außer Acht lässt, ist die Bewegung des Körpers nach dem Abwurf eine gleichförmige Bewegung. 

Bewegungsdimensionen 

Außerdem kannst du eine Bewegung noch in die Bewegungsdimensionen einteilen. Du unterscheidest dabei zwischen eindimensional, zweidimensional und dreidimensional

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Bewegungsdimensionen

 Bei der eindimensionalen Betrachtung bewegt sich der Körper nur horizontal, also nach links oder rechts. Kommt eine zweite Dimension hinzu, kann er sich auch noch vertikal, also nach oben oder unten bewegen. In der dritten Dimension bewegt sich der Körper zusätzlich nach vorne oder hinten.

Merke:

Es gibt unterschiedliche Bewegungsdimensionen. Dabei geht es darum, ob sich ein Körper ein-, zwei- oder dreidimensional bewegen kann. 

Weg-Zeit-Diagramm

Darüber hinaus kannst du Bewegungen auch mathematisch darstellen. Dafür sind die Größen Zeit, Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung entscheidend. Sie stehen in einem engen Zusammenhang miteinander. Deshalb kannst du sie in unterschiedlichen Diagrammen grafisch darstellen

Eines davon ist das sogenannte Weg-Zeit-Diagramm. Es zeigt dir den Zusammenhang zwischen dem Weg, den ein Körper zurücklegt und die Zeit, die er dafür braucht. Welchen Einfluss die Geschwindigkeit und Beschleunigung auf darauf haben, erfährst du hier !

Zum Video: Weg-Zeit-Diagramm
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