Sexl Physik 5 RG, Schulbuch

2.3 Die Beschleunigung Die gleichförmige Bewegung ist ein Ausnahmefall. Meist ändern sich Richtung oder Betrag der Geschwindigkeit, oft beide. Ungleichförmige Bewegungen sind beschleunigte Bewegungen . Als Maß für die Geschwindigkeitsänderung führt die Physik den Begriff Beschleunigung (Formelzeichen a , nach dem englischen acce- leration ) ein. Bei einer beschleunigten Bewegung kann die Geschwindigkeit größer werden, sie kann aber auch (im Falle einer Bremsung) kleiner werden oder (z. B. bei Kurvenfahrten) ihre Richtung ändern. Wir wollen im Folgenden definieren, was die Physik unter der Beschleunigung a versteht. In einem Autoprospekt liest du: Beschleunigung von 0 auf 100 km/h in 11,1 s . Dies bedeutet, dass das Auto pro Sekunde seine Geschwindigkeit durchschnittlich um 9 km/h oder um ca. 2,5m/s erhöht. Die zeitliche Änderung der Geschwindigkeit wird als Beschleunigung bezeichnet. Die Beschleunigung in unserem Beispiel beträgt daher 2,5m/s pro Sekunde oder 2,5m/s 2 . Als Beschleunigung æ a wird die Geschwindigkeitsänderung Δ æ v = æ v 2 – æ v 1 pro Zeit- dauer Δ t = t 2 – t 1 bezeichnet. Beschleunigung = Geschwindigkeitsänderung _____ Zeitdauer æ a = Δ​ æ v _ Δ t Einheit: m/s 2 = m · s – 2 Ist die Anfangsgeschwindigkeit æ v 1 gleich Null, so ergibt sich bei konstanter Be- schleunigung die Endgeschwindigkeit æ v 2 = æ v nach der Zeit t mit æ v = æ a · t Bremst ein Fahrzeug, so wird seine Geschwindigkeit verringert, die Beschleuni- gung ist negativ. Im Alltag bezeichnet man ein Langsamer-Werden als Verzöge- rung. In der Physik spricht man aber immer von Beschleunigung, auch wenn der Geschwindigkeitsbetrag abnimmt. Die Beschleunigung ist ein Vektor, da auch die Geschwindigkeit eine vektorielle Größe ist. Im Allgemeinen wird die Beschleunigung nicht immer denselben Wert haben. Hat sie einen konstanten Wert, so spricht man von einer gleichmäßig be- schleunigten Bewegung, sonst von einer ungleichmäßig beschleunigten Bewegung. Der freie Fall – Fallen ohne Luftwiderstand Wir wissen, dass es – etwa bei einem Sprung ins Wasser – nicht gleichgültig ist, aus welcher Höhe man springt. Ein Sprung vom 3-m-Brett ist eine kleinere Mut- probe als einer vom 10-m-Brett. Beim Fallen wird die Geschwindigkeit immer größer. Wie groß ist die Beschleuni- gung? Wovon hängt die Beschleunigung ab? Fallen schwere Körper schneller als leichte Körper? Experiment: Fallen alle Körper gleich schnell? 19.1 Du brauchst: Eine Münze und ein Stück Papier E 1 a) Nimm die Münze und das Stück Papier und lasse sie gleichzeitig aus der gleichen Höhe zu Boden fallen. Danach knülle das Papier zu einer kleinen Kugel und wiederhole den Versuch. Was beobachtest du? Wie interpretierst du das Er- gebnis? E 1 b) Genauer lässt sich der Effekt in einem evakuierten Glasrohr beobachten. Eine Feder und eine Kugel fallen im luftleeren Rohr gleich schnell ( 19.3 ). Sieht man vom Luftwiderstand ab, werden beim Herabfallen alle Körper gleich stark beschleunigt. Wie nimmt die Geschwindigkeit beim Fallen zu, wie groß ist die Fallbeschleuni- gung? Beschleunigung a in m/s 2 Anfahren eines Personenzugs 0,25 Jumbojet beladen (Start) 1,6 Fallbeschleunigung auf dem Mond 1,6 Anfahren eines Mittelklasseautos 2–5 Abschuss einer Rakete 50 Fallbeschleunigung auf der Sonne 273 Tennisball bis 10 000 19.1 Tabelle mit verschiedenen Beschleuni- gungen. Bei sehr hohen Beschleunigungen gibt man die Beschleunigung in Vielfachen der Fallbeschleunigung g an (s. S. 20). Beim Start einer Rakete erfahren die Astronauten eine Beschleunigung von 5 g . 19.2 Beschleunigungsmesser werden u. a. bei Airbags, zur Messung von Vibrationen (z. B. an Gebäuden, Maschinen, Seismographen), für Alarmanlagen und bei Crashtests verwendet. Handys messen Beschleunigungen in x-, y- und z-Richtung, um automatisch zwischen Hoch- und Breitformat umzuschalten. Mit entspre- chenden Apps lassen sich damit Beschleuni- gungsmessungen durchführen wie z. B. der freie Fall eines Handys auf eine weiche Unter- lage. mit Luft evakuiert Kugel Kugel Feder Feder Kugel Feder Kugel Feder 19.3 Freier Fall in einer Vakuumröhre 19 | MECHANIK 1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv