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Physik

Bewegung und Geschwindigkeitsanalyse

freier Fall

Physik2.186Aktualisiert 11. Okt. 20263 Seiten

Einführung in die Kinematik

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Elena Keudel@elenakeudel
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Bewegung von Objekten verstehen? Das ist der Kern der Kinematik – einem der wichtigsten Themen in der Physik! Du lernst hier, wie sich Dinge bewegen, von gleichförmigen Bewegungen bis hin zu spannenden Würfen und dem freien Fall.
Kinematik – Seite 1

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Kinematik - Die Grundlagen der Bewegung

Stell dir vor, du fährst mit konstanter Geschwindigkeit auf der Autobahn – das ist gleichförmig gradlinige Bewegung. In gleichen Zeiten legst du dabei immer gleiche Strecken zurück, und deine Geschwindigkeit bleibt konstant.

Das Weg-Zeit-Gesetz lautet: s = v·t + s₀. Dabei ist s₀ dein Startpunkt – falls du nicht bei null beginnst. Im Diagramm erkennst du diese Bewegung an einer geraden Linie, deren Steigung deine Geschwindigkeit anzeigt.

Bei der gleichmäßig beschleunigten Bewegung wird's interessanter! Hier ändert sich deine Geschwindigkeit konstant – wie beim Anfahren an der Ampel. Das Weg-Zeit-Gesetz wird zu: s = ½at² + v₀t + s₀, wobei "a" die Beschleunigung ist.

Merktipp: Gleichförmig = gerade Linie im Diagramm, beschleunigt = gekrümmte Linie (Parabel)!

Kinematik – Seite 2

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Überholen und freier Fall

Du kennst das sicher aus dem Auto: Überholen braucht Zeit und Strecke! Beim Überholvorgang berechnest du zuerst die Relativgeschwindigkeit (vᵣ = vₚ - vₗ) – also wie viel schneller das überholende Auto ist.

Die Überholzeit kriegst du mit tᵤ = sᵣ/vᵣ raus, wobei sᵣ die Relativstrecke ist (Sicherheitsabstand + Längen beider Fahrzeuge). Denk dran: Der Gegenverkehr fährt auch mit 100 km/h – deshalb brauchst du die doppelte Strecke frei!

Der freie Fall ist eigentlich nur eine besondere Form der beschleunigten Bewegung. Auf der Erde beschleunigt alles mit g = 9,81 m/s² nach unten – egal ob Feder oder Stein (ohne Luftwiderstand).

Wichtig: Beim freien Fall gelten die gleichen Formeln wie bei beschleunigter Bewegung, nur dass a = g ist!

Kinematik – Seite 3

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Würfe verstehen - horizontal und vertikal

Der horizontale Wurf ist wie zwei getrennte Bewegungen gleichzeitig: horizontal gleichförmig, vertikal freier Fall. Diese beiden Bewegungen beeinflussen sich nicht gegenseitig – das nennt man Superpositionsprinzip.

Horizontal gilt: x = v₀·t (gleichförmig), vertikal gilt: y = -½gt² (freier Fall). Die Bahnkurve wird zur Parabel mit der Formel y = -g/(2v₀²)·x². Mit dem Satz des Pythagoras berechnest du die Gesamtgeschwindigkeit: v = √v02+(g⋅t)2v₀² + (g·t)².

Beim vertikalen Wurf wirfst du nach oben oder unten. Die Steighöhe berechnest du mit h = v₀²/(2g) + s₀. Wichtig: Nach oben geworfen wird der Ball langsamer, bis er stoppt und dann wieder fällt.

Umrechnung nicht vergessen: km/h ÷ 3,6 = m/s und umgekehrt m/s × 3,6 = km/h!

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