II. Kinematik
II.1 Skalare und Vektoren
II.1.1 Addition von Vektoren
II.1.2 Addition von Vektoren in Koordinatendarstellung
II.1.3 Skalarprodukt und Kreuzprodukt
II.1.4 Differentation und Integration von Vektoren
II.2 Ortsvektoren
II.3 Geschwindigkeit
II.4 Beschleunigung
II.5 Versuche und Berechnungen zur Kinematik
II.5.1 Gradlinige Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit
Versuch II.1: Die Luftkissenbahn
II.5.2 Gradlinige Bewegung mit konstanter Beschleunigung
Versuch II.2: Freier Fall
II.5.3 Gradlinige Bewegung mit konstanter Beschleunigung
Versuch II.3: Schiefe Ebene
II.5.4 Beispiel einer nichtlinearen Bewegung
Versuch II.4: Der horizontale Wurf
II.6 Relativbewegung
Versuch II.5: Auffangtrichter einer Eisenbahn
Kinematik, von dem griechischen Verb kineo = ich bewege, nennt man den grundlegenden Zweig der Mechanik, der den zeitlichen Ablauf einer Bewegung im Raum durch mathematische Gleichungen, die sogenannten Bewegungsgleichungen, beschreibt. Die Grundlagen der Kinematik wurden zuerst von Galileo Galilei formuliert und experimentell nachgewiesen.
Galileo Galilei ,1564 - 1642, war unter anderem Professor für Mathematik in Pisa und Padua. Heute sind jedoch hauptsächlich seine Verdienste in der experimentellen Physik bekannt. Galilei widerlegte die bis dahin geläufigen Irrtümer Aristoteles. Durch die Verknüpfung mit logischen Erwägungen konnte Galilei Gesetze der Physik aufstellen, die bis heute wegweisend sind. Die bekanntesten Beispiele sind der Freie Fall, Trägheit und das Fadenpendel. In der Astronomie konnte Galilei mit Hilfe eines von ihm verbesserten Fernrohrs Mondgebirge und vier Jupitermonde entdecken.
Nachdem wir in der Einleitung mit der Festlegung der Basiseinheiten Länge und Zeit die Voraussetzungen geschaffen haben, untersuchen wir nun die Bewegung von Körpern. Dabei wollen wir zwei Einschränkungen machen:
1. Wir lassen zunächst die Ursachen für die Bewegung unbeachtet. Das bedeutet, daß wir nur versuchen, die Bewegung wie wir sie sehen mit den beiden definierten Größen zu beschreiben. Die Ursachen für die Bewegung wird erst im nächsten Kapitel, Dynamik, betrachtet.
2. Wir beschränken uns auf die Beschreibung von Körpern, deren Abmessungen gegenüber den von ihnen zurückgelegten Strecken klein sind. Dafür definiert man den Massepunkt, einen gedachten Körper, der seine endliche Masse in einem Punkt konzentriert. Tatsächlich haben natürlich selbst die kleinsten Körper eine räumliche Ausdehnung, die man jedoch unter bestimmten Gesichtspunkten vernachlässigen kann, wenn man nur die Bewegung ihres Schwerpunktes betrachtet. Diese Einschränkung führt zu erheblichen Erleichterungen und wird erst in einem späteren Kapitel aufgehoben.