Bewegung & Arten der Bewegung in der Physik
In diesem Kinematik-Skript sollen die Grundlagen der Bewegung beschrieben werden und was man darunter im Bereich der Physik versteht. Es werden hier auch die verschiedenen Arten der Bewegung vorgestellt und wichtige Schlüsselbegriffe wie die Raumkurve oder der Massepunkt erläutert.
Bewegung
Die Ortsveränderung eines Körpers in Relation zu einem in Ruhe befindlichen Körper beziehungsweise zum Standpunkt des Beobachters entspricht einer Bewegung im Sinne der Physik.
Raumkurve im Koordinatensystem
Es gibt viele Formen der Bewegung, beispielsweise kreisförmige Bewegung und geradlinige Bewegung. Demnach wird zur physikalischen Beschreibung der jeweiligen Bewegung ein dementsprechend geeignetes Koordinatensystem gewählt. Der als ruhend angenommene Beobachter steht dabei meist im Ursprung des Koordinatensystems, während der beobachtete Körper eine drei-, zwei- oder eindimensionale Raumkurve (Trajektorie) bezüglich dieses Ursprungs durchläuft.
Massepunkt / Punktmasse
Die physikalische Beschreibung einer Bewegung wird in vielen Fällen einfacher für Sie, wenn Sie sich den beobachteten Körper als einen einzelnen Punkt im entsprechenden Koordinatensystem vorstellen. Dieser Punkt wird so behandelt, als würde er die gesamte Masse des Körpers besitzen. Dabei wird der Schwerpunkt des Körpers als sogenannter "Massenpunkt" (häufig auch als "Punktmasse") ausgewählt.
Zwei Fachgebiete der Physik befassen sich mit der Bewegung:
Die Kinematik ist die Lehre der Beschreibung von Bewegungen. Die Dynamik stellt in der Technischen Mechanik die Kinetik dar, die eine Lehre der Ursachen von Bewegungen ist. Dabei steht die Kinetik im Gegensatz zur Statik, welche sich nur mit ruhenden Systemen auseinandersetzt.
Die Relativität der Bewegung
Die Beschreibung einer Bewegung eines beobachteten Objektes hängt immer vom Beobachter ab. Beispielsweise scheint sich eine Person auf dem Beifahrersitz eines fahrenden Autos aus der Perspektive eines Passanten am Fahrbahnrand zu bewegen, während sie aus der Perspektive des Autofahrers zu ruhen scheint.
Spezielle Formen & Arten der Bewegung einzelner Objekte
Die geradlinig gleichförmige Bewegung:
Eine geradlinig gleichförmige Bewegung liegt vor, wenn die Bahnkurve einen Geradenabschnitt darstellt, während die Geschwindigkeit an jedem Punkt entlang der Bahnkurve gleich ist und die Beschleunigung überall Null.
Gleichmäßig beschleunigte Bewegung:
Bei einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung sind die Richtung sowie der Betrag der Beschleunigung an jedem Punkt der Bahnkurve gleich. Dabei kann die Bahnkurve eine Gerade oder eine Parabel sein.
Periodische Bewegung:
Wenn das Beobachtungsobjekt nach einer gewissen Zeit (Periodendauer) wieder an den Ausgangsort zurückkehrt und dabei die gleiche Geschwindigkeit und gleiche Richtung besitzt, dann handelt es sich um eine periodische Bewegung. Solche Bewegungen haben immer geschlossene Bahnkurven. Ein Spezialfall der periodischen Bewegung ist beispielsweise die Kreisbewegung.
Kreisbewegung:
Die Kreisbewegung bildet eine kreisförmige Bahnkurve ab. Dabei bildet der Geschwindigkeitsvektor zu jedem Zeitpunkt einen rechten Winkel mit dem Radius. Daher weist dieser Vektor eine tangentiale Richtung auf. Um eine gleichförmige Kreisbewegung handelt es sich immer, wenn bei der Kreisbewegung der Betrag der Geschwindigkeit durchgehend konstant ist. Bei der gleichförmigen Kreisbewegung ist die Normalbeschleunigung immer zum Kreismittelpunkt gerichtet und die Tangentialbeschleunigung gleich Null.
Harmonische Schwingung:
Die harmonische Schwingung ist ebenso eine periodische Bewegung. Die Veränderung des Ortes mit der Zeit folgt bei einer periodischen Bewegung immer einer Sinusfunktion.
Jedes Objekt, das geringfügig aus seiner Gleichgewichtslage ausgelenkt wird, schwingt im Allgemeinen harmonisch. Jede periodische Bewegung lässt sich anhand der Fourieranalyse als Summe harmonischer Schwingungen darstellen. Die Frequenzen dieser einzelnen Schwingungen sind Vielfache der Grundfrequenz. Diese Frequenz ist der Kehrwert der Periodendauer. Ein klassisches Beispiel ist das Federpendel, mit dem unter anderem in der Physik und Kinetik harmonische Schwingungen beschrieben und veranschaulicht werden.