Bewegung

Translationsbewegung

Translationsbewegung ist die Bewegung, durch die sich ein Körper von einem Punkt im Raum zu einem anderen verschiebt.

Ein Objekt hat eine geradlinige Bewegung, wenn es sich entlang einer geraden Linie bewegt. Zu jedem Zeitpunkt t nimmt das Objekt eine Position entlang der Linie ein, wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Wenn die Position des Objekts zu einem bestimmten Zeitpunkt bekannt ist, ist auch die Bewegung des Teilchens bekannt und wird im Allgemeinen in Form einer Gleichung ausgedrückt, die die Entfernung x mit der Zeit t in Beziehung setzt, z. B. x = 6t – 4, oder als Graph.

Bewegungen in zwei oder drei Dimensionen sind komplizierter. In zwei Dimensionen müssen wir zwei Koordinaten angeben, um die Position eines beliebigen Objekts zu bestimmen. Die folgende Abbildung zeigt ein einfaches Beispiel für eine Projektilbewegung: ein Ball, der von einem Tisch rollt. Definieren wir die horizontale Richtung als x-Achse und die vertikale Richtung als y-Achse. Betrachten wir eine Kugel, die zunächst mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 10 m/s von einem flachen Tisch abrollt.

Während sich die Kugel auf dem Tisch befindet, stellen wir fest, dass die anfängliche x-Komponente der Geschwindigkeit (v0x) 10 m/s (konstant) beträgt, die anfängliche y-Komponente der Geschwindigkeit 0 m/s, die x-Komponente der Beschleunigung 0 m/s2 und die y-Komponente der Beschleunigung 0 m/s2. Die Komponenten der Beschleunigung und der Geschwindigkeit sind die Teile der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung, die in die x- oder y-Richtung zeigen.Beobachten wir, was in dem Moment geschieht, in dem die Kugel den Tisch verlässt.

Die Anfangsgeschwindigkeit in y-Richtung ist immer noch Null und die Anfangsgeschwindigkeit in x-Richtung bleibt 10 m/s. Die Kugel hat jedoch keinen Kontakt mehr mit dem Tisch und fällt frei. Die Schwerkraftbeschleunigung der Kugel ist nach unten gerichtet. In diesem Fall sollten die Bewegungen in horizontaler und vertikaler Richtung unabhängig voneinander analysiert werden. In horizontaler Richtung gibt es keine Beschleunigung, daher ist die x-Komponente der Geschwindigkeit konstant

In vertikaler Richtung gibt es eine Beschleunigung gleich der Erdbeschleunigung. Daher ändert sich die Geschwindigkeit in vertikaler Richtung wie folgt

Rotationsbewegung

Rotationsbewegung befasst sich nur mit starren Körpern. Ein starrer Körper ist ein Objekt, das seine Gesamtform beibehält, d.h. die Teilchen, aus denen der starre Körper besteht, bleiben in der gleichen Position zueinander. Ein Rad und der Rotor eines Motors sind gängige Beispiele für starre Körper, die häufig in Fragen der Rotationsbewegung vorkommen.

Kreisbewegung

Die Kreisbewegung ist eine häufige Form der Rotationsbewegung. Wie bei der Projektilbewegung können wir die Kinematik analysieren und etwas über die Beziehungen zwischen Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung lernen. Das erste Newtonsche Gesetz besagt, dass ein Objekt in Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit in Bewegung bleibt, solange keine äußere Kraft auf es einwirkt. Wenn die Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt, ändert sich nur die Richtung der Geschwindigkeit. Wirkt eine Kraft ständig senkrecht auf ein sich bewegendes Objekt, so bewegt sich das Objekt auf einer Kreisbahn mit konstanter Geschwindigkeit. Dies wird als gleichförmige Kreisbewegung bezeichnet.

Die Kreisbewegung eines starren Körpers tritt auf, wenn sich jeder Punkt des Körpers auf einer Kreisbahn um eine Linie bewegt, die als Drehachse bezeichnet wird und durch den Massenschwerpunkt verläuft, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Translationsbewegung gegenüber Rotationsbewegung

Es gibt eine starke Analogie zwischen Rotationsbewegung und Standard-Translationsbewegung. In der Tat hat jedes physikalische Konzept, das zur Analyse der Rotationsbewegung verwendet wird, seine translatorische Entsprechung.

Translationsbewegung		Rotationsbewegung
Verschiebung		Winkelverschiebung
Geschwindigkeit		Geschwindigkeit im Winkel
Beschleunigung		Angularbeschleunigung
Masse	M	Trägheitsmoment
Kraft	F = Ma	Drehmoment
Arbeit		Arbeit
Kraft		Kraft
Kinetische Energie		Kinetische Energie