▷ Beschleunigung

Dieser Artikel erklärt, was Beschleunigung in der Physik ist. So finden Sie die Bedeutung der Beschleunigung in der Physik, wie man die Beschleunigung eines Körpers berechnet, Beispiele für Beschleunigungen und andere physikalische Konzepte im Zusammenhang mit Beschleunigung.

Was ist Beschleunigung?

Beschleunigung ist eine Größe, die die Änderung der Geschwindigkeit eines Körpers pro Zeiteinheit angibt. In der Physik wird Beschleunigung als das Verhältnis von Geschwindigkeitszunahme zu Zeitzunahme definiert.

Die Beschleunigung kann sowohl auf eine Änderung der Größe der Geschwindigkeit als auch ihrer Richtung zurückzuführen sein. Ein beschleunigender Körper bedeutet also, dass er sich schneller bewegt oder die Richtung ändert.

Wenn beispielsweise die Beschleunigung eines sich bewegenden Körpers 1 m/s ² beträgt, bedeutet dies, dass sich der Körper jede Sekunde um 1 m/s schneller bewegt. Wenn also zum Zeitpunkt t=5 s die Geschwindigkeit 3 m/s betrug, beträgt die Geschwindigkeit zum Zeitpunkt t=6 s 4 m/s.

Bedenken Sie, dass die Beschleunigung eine Vektorgröße ist und in der Physik daher durch einen Vektor dargestellt wird. Das bedeutet, dass die Beschleunigung eine Bedeutung und eine Richtung hat:

Hat die Beschleunigung die gleiche Richtung und Richtung wie die Geschwindigkeit, wird der Körper immer schneller.
Wenn die Beschleunigung die gleiche Richtung wie die Geschwindigkeit hat, ihre Richtungen aber entgegengesetzt sind, wird der Körper immer langsamer, bis er anhält oder sogar rückwärts geht.
Wenn die Beschleunigung eine andere Richtung als die Geschwindigkeit hat, ändert der Körper seine Richtung.

Im Allgemeinen ist das Symbol für Beschleunigung in der Physik der Buchstabe a.

Beschleunigungsformel

Die Beschleunigung ist gleich der Geschwindigkeitsänderung (Δv) dividiert durch die Zeitänderung (Δt). Daher muss in der Physik zur Berechnung der Beschleunigung eines Körpers die Differenz zwischen End- und Anfangsgeschwindigkeit durch die Differenz zwischen End- und Anfangszeitpunkt geteilt werden (a = Δv/Δt).

Die Formel zur Berechnung der Beschleunigung in der Physik lautet daher wie folgt:

Gold:

$a$

ist die Beschleunigung.
$\Delta v$

ist der Geschwindigkeitszuwachs.
$\Delta t$

ist die zeitliche Variation.
$v_f$

ist die Endgeschwindigkeit.
$v_i$

ist die Anfangsgeschwindigkeit.
$t_f$

ist der letzte Moment.
$t_i$

ist der Anfangsmoment.

Die Beschleunigung wird in Geschwindigkeitseinheiten dividiert durch Zeiteinheiten ausgedrückt. Daher ist die Einheit der Beschleunigung im Internationalen System (SI) der Meter geteilt durch die Sekunde zum Quadrat (m/s ² ).

Der Wert der Beschleunigung eines Mobiltelefons muss wie folgt interpretiert werden:

a>0 : Wenn die Beschleunigung positiv ist, bedeutet dies, dass die Geschwindigkeit mit der Zeit zunimmt.
a<0 : Wenn die Beschleunigung negativ ist, bedeutet dies, dass die Geschwindigkeit mit der Zeit abnimmt.
a=0 : Wenn die Beschleunigung Null ist, bedeutet dies, dass die Geschwindigkeit über die Zeit konstant ist.

➤ Siehe: Geschwindigkeitsformel

Beschleunigungsbeispiele

Nachdem wir nun die Definition von Beschleunigung und ihre Formel kennen, schauen wir uns einige Beispiele für Beschleunigungswerte im Alltag an, um das Konzept besser zu verstehen.

Beschleunigung eines Aufzugs mit Passagieren: 1 m/s ²
Beschleunigung eines Radfahrers: 1,7 m/s ²
Beschleunigung eines Rennwagens: 8-9 m/s ²
Erdbeschleunigung: 9,81 m/s ²
Bremsbeschleunigung beim Öffnen eines Fallschirms: 30 m/s ²
Startbeschleunigung des Raumfahrzeugs: 40-60 m/s ²
Beschleunigung des Kolbens eines Verbrennungsmotors: 300 m/s ²

Durchschnittliche Beschleunigung und Momentanbeschleunigung

In diesem Abschnitt werden wir den Unterschied zwischen Durchschnittsbeschleunigung und Momentanbeschleunigung sehen, da es sich um zwei verschiedene Arten von Beschleunigungen handelt, die in der Physik häufig verwendet werden.

Die durchschnittliche Beschleunigung ist die Beschleunigung, mit der sich ein sich bewegender Körper fortbewegt hätte, wenn er sich über den gesamten Weg mit konstanter Beschleunigung bewegt hätte. Die durchschnittliche Beschleunigung wird berechnet, indem die Geschwindigkeitsänderung durch das verstrichene Zeitintervall dividiert wird.

$a_m=\cfrac{\Delta v}{\Delta t}=\cfrac{v_f-v_i}{t_f-t_i}$

➤ Siehe: Gelöste Übung zur durchschnittlichen Beschleunigung

Andererseits ist die Momentanbeschleunigung die Beschleunigung, die ein Körper zu einem bestimmten Zeitpunkt hat, sodass sich die Momentanbeschleunigung eines Körpers zu jedem Zeitpunkt ändern kann. Mathematisch ist die Momentanbeschleunigung als die Grenze der durchschnittlichen Beschleunigung definiert, wenn das Zeitintervall gegen Null geht:

$\displaystyle \vv{a_i}=\lim_{\Delta t\to 0}\vv{a_m}=\lim_{\Delta t\to 0}\frac{\Delta \vv{v_i}}{\ Delta t}=\frac{d\vv{v_i}}{dt}$

➤ Siehe: Gelöste Übung zur Momentanbeschleunigung

Wesentliche Komponenten der Beschleunigung

Wir werden dann sehen, was die intrinsischen Komponenten der Beschleunigung sind und welchen Zweck jede dieser Vektorkomponenten hat.

Die Beschleunigung setzt sich aus zwei intrinsischen Komponenten zusammen: der Tangentialbeschleunigung ( _at ) und der Normalbeschleunigung ( _ac ).

Tangentialbeschleunigung (oder Linearbeschleunigung) : Dies ist die Beschleunigungskomponente, die das Geschwindigkeitsmodul verändert. Die Tangentialbeschleunigung verläuft tangential zur Flugbahn des Mobiltelefons.
Zentripetalbeschleunigung (oder Normalbeschleunigung) : Dies ist die Beschleunigungskomponente, die die Richtung der Geschwindigkeit ändert. Die Zentripetalbeschleunigung steht senkrecht zur Geschwindigkeit des sich bewegenden Körpers.

➤ Siehe: Tangentialbeschleunigung (oder Linearbeschleunigung)
➤ Siehe: Zentripetalbeschleunigung (oder Normalbeschleunigung)

Tangentialbeschleunigung und Zentripetalbeschleunigung

Somit entspricht die Amplitude der Beschleunigung der Quadratwurzel der Summe der Quadrate ihrer intrinsischen Komponenten:

$|\vv{a}|=\sqrt{a_t^2+a_c^2}$

Beispielsweise weist ein Körper, der eine ungleichmäßige Kreisbewegung beschreibt, sowohl eine Tangentialbeschleunigung als auch eine Zentripetalbeschleunigung auf, da seine Geschwindigkeit Modul und Richtung ändert.

➤ Siehe: Was ist Kreisbewegung?

Beschleunigung und Kraft

Schließlich werden wir sehen, wie die Beziehung zwischen Beschleunigung und Kraft besteht, da es sich um zwei physikalische Konzepte handelt, die mathematisch miteinander verbunden sind.

Die auf einen Körper ausgeübte Kraft ist gleich der Masse des Körpers multipliziert mit der Beschleunigung, die dieser Körper erfährt.

$F=m\cdot a$

Kurz gesagt, Kraft und Beschleunigung stehen in einem direkt proportionalen Zusammenhang. Je größer also die Beschleunigung eines Körpers ist, desto größer ist die auf ihn ausgeübte Kraft.

Beschleunigung (physik)