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.


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