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Tutorial MenueKinematikLerneinheit 1 von 4

Einleitung zum Lernmodul Kinematik

Was, wie, warum? - Ein kurzer Überblick

Nachdem wir uns verschiedene Bewegungen aus dem Alltag und der Natur im Video angeschaut haben, wollen wir nun - exemplarisch anhand der Flugbahn eines Volleyballs beim Pritschen - die charakteristischen Eigenschaften von Bewegungen kennen lernen.

Abb.1

Die Begriffe Ortsänderungsvektor, Geschwindigkeitsvektor und Beschleunigungsvektor

In drei aufeinander folgenden, ähnlich aufgebauten Sequenzen sollen die Begriffe Ortsänderungsvektor, Geschwindigkeitsvektor und Beschleunigungsvektor eingeführt werden. Alle diese Größen sind Vektoren, die sowohl einen Betrag als auch eine Richtung haben. Sie können jeweils die Bewegungen eines Gegenstandes beschreiben. Mit Hilfe des zeitlichen Verlaufs der Ortsänderungen und den sich daraus ergebenden Ortsänderungsvektoren ist eine Bewegung zwar vollständig beschrieben aber charakteristische Eigenschaften der Bewegung müssen daraus erst durch eine genauere Analyse ermittelt werden. Es ist nahe liegend, hierfür den aus dem Alltag gut bekannten Begriff der Geschwindigkeit heranzuziehen. Für viele Zwecke ist es auch sinnvoll, die Bewegung mit Hilfe der Beschleunigung zu beschreiben. Diese drei charakteristischen Eigenschaften hängen aber immer zusammen. So ist es möglich den zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit und der Beschleunigung aus der Angabe der Ortsänderungsvektoren zu berechnen. Sind umgekehrt die Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen und zusätzlich noch der Anfangszustand des Gegenstandes bekannt, kann wiederum auf die beiden anderen fehlenden Größen geschlossen werden. Für verschiedene Fragestellungen Wo befindet sich der Gegenstand? Wie schnell ist er? Wie ändert sich seine Geschwindigkeit? sind jeweils andere Größen interessant. Deshalb ist es wichtig, diese verschiedenen Beschreibungsmöglichkeiten sowie den Übergang von einer zur anderen zu kennen.

Ein-, zwei- und dreidimensionale Betrachtung

Wir werden immer zuerst den 2-dimensionalen Fall betrachten. Anhand dessen können alle allgemein gültigen Eigenschaften verdeutlicht und erklärt werden. Auch ist dann die Verallgemeinerung auf den im Alltag vorkommenden 3-dimensionalen Fall durch Hinzufügen einer weiteren Richtungskomponente leicht möglich. Nachdem die allgemeinen Zusammenhänge betrachtet und erkannt wurden, werden wir auch Spezialfälle betrachten. Wenn wir uns mit eindimensionalen Bewegungen beschäftigen, könnten wir auf den Vektorcharakter der Größen verzichten und die beiden möglichen Richtungen durch das Vorzeichen beschreiben. Trotzdem handelt es sich bei Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung um Vektoren, allerdings in einem eindimensionalen Raum; d.h. bei einer mehrdimensionalen Betrachtung ist hier nur eine Komponente ungleich Null.

Modellbildung

Zusätzlich sollen Sie anhand von Modellbeschreibungen kennen lernen, wie die Bewegungsabläufe berechnet werden können und sich ändern, wenn man eine charakteristische Eigenschaft der Bewegung variiert.

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