Beschleunigung ist in der Dynamik und Kinematik eine physikalische Größe, die die Änderung der Geschwindigkeit eines Objekts bestimmt. Im internationalen Einheitensystem müssen wir den Wert dieser Größe in Metern pro Sekunde im Quadrat (m/s²) ausdrücken.
Bei kinematischen Berechnungen ist es wichtig, ein Bezugssystem festzulegen. Die Geschwindigkeit einer Person, die in einem Zug geht, ist für einen Beobachter, der sich im Zug befindet, nicht die gleiche wie für einen Beobachter, der sich auf dem Bahnsteig befindet. Das Bezugssystem ist die Position des Beobachters.
Definition von Beschleunigung in der Physik
Beschleunigung ist definiert als die Geschwindigkeitsänderung eines Objekts in einem bestimmten Zeitintervall.
Er kann positiv, negativ oder Null sein, was bedeutet, dass ein Objekt beschleunigen (seine Geschwindigkeit erhöhen), verlangsamen (seine Geschwindigkeit verringern) oder eine konstante Geschwindigkeit beibehalten kann. Eine positive Beschleunigung tritt auf, wenn sich ein Objekt mit der Zeit schneller bewegt, während eine negative Beschleunigung auftritt, wenn seine Geschwindigkeit abnimmt.
Beschleunigungseigenschaften
Nachfolgend sind einige der wichtigsten Merkmale der Beschleunigung aufgeführt:
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Vektorgröße: Beschleunigung ist eine Vektorgröße, das heißt, sie hat Größe und Richtung. Dies bedeutet, dass es sich sowohl in der Richtung als auch in der Größe ändern kann, was sich in Geschwindigkeitsänderungen niederschlägt.
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Maßeinheit: Im Internationalen Einheitensystem (SI) ist die Maßeinheit für Beschleunigung der Meter pro Sekunde im Quadrat (m/s²). Diese Einheit drückt aus, um wie viele Meter pro Sekunde sich die Geschwindigkeit eines Objekts pro Sekunde ändert.
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Zusammenhang mit der Kraft: Die Beschleunigung hängt mit der Kraft zusammen, die auf ein Objekt einwirkt. Nach dem zweiten Newtonschen Gesetz ist die auf ein Objekt ausgeübte Nettokraft gleich dem Produkt aus seiner Masse und seiner Beschleunigung (F = m * a). Je größer die aufgebrachte Kraft ist, desto größer ist die resultierende Beschleunigung.
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Beschleunigungsursachen: Beschleunigung kann durch verschiedene Kräfte und Faktoren verursacht werden. Zu den häufigsten Ursachen für Beschleunigungen gehören die Anwendung einer äußeren Kraft, Schwerkraft, Reibung, Luftwiderstand und andere physikalische Wechselwirkungen. Dynamik ist der Zweig der Physik, der sich mit der Untersuchung der Ursachen befasst, die eine Beschleunigung in einem Objekt verursachen. Insbesondere die Beschleunigung spielt in den Newtonschen Gesetzen eine grundlegende Rolle.
Arten der Beschleunigung
Beschleunigung kann sich je nach Bedingungen und Kontext auf unterschiedliche Weise manifestieren. Nachfolgend sind einige der häufigsten Beschleunigungsarten aufgeführt:
1. Lineare Beschleunigung
Unter linearer Beschleunigung versteht man die Änderung der Geschwindigkeit eines Objekts in einer bestimmten Richtung entlang einer geraden Linie. Sie kann positiv, negativ oder null sein, je nachdem, ob die Geschwindigkeit zunimmt, abnimmt oder konstant bleibt.
2. Tangential- und Zentripetalbeschleunigungen
Wenn sich ein Objekt entlang einer gekrümmten Bahn bewegt, ändert sich seine Geschwindigkeit in Richtung tangential zur Kurve. Der Beschleunigungsvektor eines Körpers kann eine andere Richtung haben als die Geschwindigkeit, mit der er sich bewegt. Dieser Vektor kann in zwei Komponenten unterteilt werden: die Tangentiale und die Normale.
Tangentialbeschleunigung ist eine spezielle Form der linearen Beschleunigung, die eine Änderung der Geschwindigkeit eines Objekts verursacht. Diese Komponente hat eine tangentiale Richtung zur Bewegung.
Andererseits hat die Normalbeschleunigung eine Richtung senkrecht zur Bewegung des Körpers und zeigt zum Zentrum der Kreisbewegung. Die Normalkomponente der Beschleunigung bewirkt die Richtungsänderung und erzeugt die Krümmung der Flugbahn.
4. Winkelbeschleunigung
Die Winkelbeschleunigung bezieht sich auf die Änderung der Winkelgeschwindigkeit eines Objekts bei rotierender Bewegung.
Sie wird im Bogenmaß pro Quadratsekunde (rad/s²) gemessen und kann positiv oder negativ sein, je nachdem, ob die Winkelgeschwindigkeit mit der Zeit zunimmt oder abnimmt.
5. Gravitationsbeschleunigung
Unter Erdbeschleunigung versteht man die Beschleunigung aufgrund der Schwerkraft auf der Erdoberfläche oder in der Nähe anderer Himmelskörper.
Auf der Erde wird diese Beschleunigung als Erdbeschleunigung bezeichnet und hat einen Wert von etwa 9,81 m/s² und wirkt nach unten.
6. Relative Beschleunigung
Unter Relativbeschleunigung versteht man die Beschleunigung eines Objekts relativ zu einem anderen sich bewegenden Objekt. Es kann auftreten, wenn sich zwei Objekte relativ zueinander bewegen und relative Beschleunigungen in unterschiedliche Richtungen erfahren.
Ein häufiges Beispiel für eine relative Beschleunigung ist das Beschleunigungsgefühl, das Sie beim Fahren eines Autos aus dem Stand verspüren. Aus der Sicht des Autos beschleunigt man rückwärts, während man aus der eigenen Perspektive das Gefühl hat, vorwärts zu beschleunigen.
7. Coriolis-Beschleunigung
Die Coriolis-Beschleunigung ist eine Beschleunigungsart, die bei Objekten auftritt, die sich in einem nicht trägen Bezugssystem bewegen, beispielsweise der Erdrotation.
Diese Beschleunigung ist für Effekte wie die Ablenkung von Winden und Meeresströmungen sowie die Rotation der Erde um ihre Achse verantwortlich.