3. Die beschleunigte Bewegung
Gleich vorweg: In der Physik spricht man von Beschleunigung sowohl beim Schnellerwerden als auch beim Abbremsen. Das unterscheidet uns von der Umgangssprache. Aber ganz oft benutzen auch Physiker/innen die Umgangssprache....
3.1 Was ist eine Beschleunigung?
Schaut einmal, wie wir eine Geschwindigkeit eingeführt haben (Posts P5 und P2 oder mit Hilfe der Labels). Da haben wir Ortsänderungen, also Strecken auf Zeiten bezogen und eine Pro-Angabe erhalten.
Hier machen wir es genau so:
Wir beziehen Geschwindigkeitsänderungen auf Zeiten und erhalten die Beschleunigung als Pro-Angabe:
Eine Beschleunigung ist eine Geschwindigkeitsänderung pro Zeit!
Wir kürzen die Beschleunigung mit "a" ab (von acceleration, das ist blöd, denn für Abbremsen gibt es im Englischen deceleration, aber auch die englisch sprechenden Physiker/innen beziehen Abbremsen mit in den Beschleunigungsbegriff ein...).
Vergleicht einmal, wie wir die Geschwindigkeit eingeführt haben:
In Formeln sieht das bei der Beschleunigunga ganz ähnlich aus:
Auch hier erhalten wir so nur eine mittlere Beschleunigung in dem Zeitintervall Δt.
Auch jetzt müssen wir zwischen mittlerer und momentaner Beschleunigung unterscheiden.
Da wir a Anfang immer und später fast ausschließlich nur Bewegungen mit konstanter Beschleunigung untersuchen, ist diese Unterscheidung erst einmal nicht notwendig.
In der Regel meinen wir also fast immer eine konstante Beschleunigung und sprechen auch von der gleichmäßig beschleunigten Bewegung.
Nehmen wir mal ein konkretes Beispiel:
Ein Auto fährt mit 5 m/sec und beschleunigt (wie auch immer) auf 7 m/sec innerhalb von 15 sec.
Dann ist die (mittlere) Beschleunigung a:
a = (7 - 5) m/sec / 15 sec = 0,13 m/sec / sec
Etwas besser geschrieben:
Schauen wir uns mal die Einheiten an:
Ihr alle kennt die Regel:
Ein Bruch wird durch eine Zahl geteilt, in dem man den Nenner mit dieser Zahl multipliziert (oder den Zähler durch die Zahl teilt).
Könnt ihr damit erklären, wie es zur üblichen Schreibweise a = 0,13 m/sec² kommt?
Es gibt keine Quadratsekunden, aber es gibt doppelte Pro-Angaben!
Wieso ist die Beschleunigung eine doppelte Pro-Angabe?
Aufgabe:
1) Ein Auto beschleunigt in 30 sec von 30 km/h auf 50 km/h. Wie groß ist die Beschleunigung in m/sec²?
2) Die Fallbeschleunigung auf der Erde beträgt 9,81 m/sec², die auf einem Neutronenstern 2 Billionen m/sec².
Was bedeutet das jeweils anschaulich für einen fallenden Körper?
Wie schnell wäre ein fallender Körper nach 3 Sekunden auf der Erde und auf dem Neutronenstern?
Hinweis:
Neutronensterne sind Überreste massereicher Sterne. Sie haben einen Durchmesser von etwa 20 km und die Masse der Sonne!
Erklärt das einiges?
Neutronensterne entstehen beim Kollaps eines Sternes, wenn die Elektronen in die Protonen gepresst werden und Neutronen bilden. In der Regel drehen sie sich sehr schnell.Kleine, cm-große Berge und Hügel verzerren dabei Raum und Zeit so, dass Neutronensterne auch Gravitationswellen abstrahlen.
Größere Berge können sich nicht halten, sie werden durch die enorme Schwerkraft ganz schnell platt gemacht...
Anekdote zum Schluss:
Die bezieht sich auf die englische Bezeichnung acceleration (für schneller werden) und deceleration (für abbremsen).
Vor 1994 war man ganz fest davon überzeugt, dass sich unser Kosmos wegen der inneren Anziehung der Galaxien untereinander abgebremst ausdehnen muss.
Ich war damals auf einer Tagung zur Kosmologie in Aachen, als ein amerikanischer Physiker in Englisch über die Expansion des Kosmos redete. Er sprach immer von acceleration...wir verstanden das nicht und dachten an ein sprachliches Problem und fragten nach.
Seine Antwort:
"Nein, ich meine "schneller werden". Unsere Forschungen haben ergeben:Die Ausdehnung des Kosmos ist mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit beschleunigt in dem Sinn, dass er immer schneller immer größer wird.."
Unser Weltbild stand auf dem Kopf: Ein beschleunigt expandierendes Universum ist etwas Einmaliges, hat ein Anfang und ein Ende....wenige Jahre später gab es für diese Entdeckung den Nobelpreis.
Ich war immerhin bei einer der ersten öffentlichen Ankündigungen der Entdeckung der beschleunigten Expansion des Kosmos dabei...
Was ist daraus geworden?
Es stimmt, aber wir wissen immer noch nicht warum. Deswegen haben wir Dunkle Energie als Antrieb erfunden. Wir wissen aber auch nicht, was das ist...
Übrigens, merkt ihr, wie ich/man hier den Begriff "beschleunigt" benutze? Nur im Sinne von "schneller werden".
Das kann ganz schön verwirrend sein.
Sagt das eurem Hippocampus, damit er nicht dicht macht...vor allem, wenn wir später Bremsbewegungen von Autos behandeln...
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