Geschwindigkeits- und Beschleunigungsdiagramme von Bewegungen

Beschreibung einer Bewegung

Wie schnell ist der Gegenstand?

Die Geschwindigkeit ist die zeitliche Änderung des Ortes. (

$$\dot s$$ ) Bei einer eindimensionalen Bewegung wird die Richtung entgegen dem Koordinatensystem mit einem negativen Vorzeichen ausgedrückt. In der Fläche und im Raum ist die Geschwindigkeit eine vektorielle Größe und wird als $$\vec v$$ notiert.

Bremst/beschleunigt der Gegenstand?

Die Beschleunigung ist die zeitliche Änderung der Geschwindigkeit.

$$a = \dot v$$ Im eindimensionalen gibt ein negatives Vorzeichen die Verringerung der Geschwindigkeit, also einen Bremsvorgang an. In der Fläche und im Raum ist sie auch eine vektorielle Größe und wird $$\vec a$$ geschrieben.

Beschreibung des zeitlichen Verlaufs

Wann ist der Körper wie schnell?

Ordnet man jedem Zeitpunkt der momentanen Geschwindigkeit zu, so erhält man das Geschwindigkeitsgesetz

$$v(t)$$ . Das Schaubild heißt Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm.

• Die Steigung einer Tangente im Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm ist die momentane Beschleunigung $$a=\dot v$$ ,
• die Sekantensteigung ist die mittlere Beschleunigung $$\bar a= \frac{\Delta v}{\Delta t}$$

Flächen in Diagrammen

Integral über $$\dot E$$ .

Die Flächen zwischen dem Schaubild und der Zeitachse lassen sich anschaulich interpretieren. Grundlage dazu ist der sogenannte Hauptsatz der Differential-Integralrechnung (HDI), den man in Worten so formulieren kann:

Das Integral (die Fläche) unterhalb der Änderungsrate ergibt die Gesamtänderung. Dabei werden Flächen unterhalb der x-Achse negativ gewertet.

Trägt man z.B. die zeitliche Änderungsrate des Ortes (die Geschwindigkeit) über der Zeit auf, so entspricht die Fläche unterhalb des Schaubildes der Gesamtänderung des Ortes.

$$\Delta s = s_2-s_1 = \int_{t_1}^{t_2} v(t) \ \mathrm{dt}$$

Mit Hilfe des GTRs kann man Flächen unter Schaubildern numerisch bestimmen. (Genauere Beschreibung unter Berechnung von Energiemengen.)

Für die Beschreibung von Bewegungen bedeutet das:

• Die Fläche unterhalb des Geschwindigkeit-Schaubildes entspricht der Ortsänderung, also der zurückgelegten Strecke.

• Die Fläche unterhalb des Beschleunigungs-Schaubildes entspricht der Geschwindigkeitsänderung.