Geschwindigkeit Physik

Geschwindigkeit Physik Bedeutung

Viele Geschwindigkeiten sind alltäglich für Dich und Deine Mitmenschen. Die ein oder andere Geschwindigkeit hat dabei sogar eine sehr hohe Bedeutung in der Physik und beeinflusst Deine Wahrnehmung der Umwelt maßgeblich.

Die Schallgeschwindigkeit bestimmt, wie schnell sich Geräusche ausbreiten. Sie ist der Grund, wieso Du laute Ereignisse früher siehst, als Du sie hörst. Sie ist unter anderem auch der Grund, wieso Deine Stimme ein Echo hat, wenn Du im Freien laut rufst.

Eine weitere, bedeutungsvolle Geschwindigkeit in der Physik ist die Lichtgeschwindigkeit. Wie der Name bereits verrät, ist es die Geschwindigkeit, die Licht im Vakuum hat, und viel wichtiger noch ist sie die höchste mögliche Geschwindigkeit, die ein Objekt in diesem Universum haben kann.

Die Geschwindigkeit ist dabei kein Mysterium. Sie hat in der Physik eine bestimmte Definition, die Dir in dieser Erklärung näher gebracht werden soll.

Geschwindigkeit Physik Definition

Die Definition der Geschwindigkeit in der Physik definiert sich vereinfacht durch den Weg, der in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird.

Im Alltag hast Du häufig mit Geschwindigkeiten zu tun. Jedes Mal, wenn Du wissen möchtest, wie lange Du für eine bestimmte Strecke brauchst, ist diese Zeit direkt abhängig von Deiner Geschwindigkeit. Die Abhängigkeit von Strecke und Zeit ist dabei maßgeblich für die Einheit der Geschwindigkeit.

Geschwindigkeit Physik Einheit

In der Physik ergibt sich die Einheit der Geschwindigkeit aus der Strecke, die pro Zeit zurückgelegt wird. Im Alltag hörst Du wahrscheinlich am häufigsten den Ausdruck "k m h". Dabei handelt es sich um die Einheit $\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$, ausgesprochen "Kilometer pro Stunde".

Diese Einheit wird zum Beispiel in Autos angegeben und ist die Einheit der auf Geschwindigkeitsschildern im Straßenverkehr angegebenen Geschwindigkeitsbegrenzung. Ein Schild, das $30$ anzeigt, sagt also aus, dass Autos auf dieser Straße nicht schneller als $30\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$ fahren dürfen.

Abb. 2 – Tachometer in einem Fahrzeug

Die Einheit $\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$ ist jedoch nicht die SI-Einheit der Geschwindigkeit. Die SI-Einheit der Strecke ist der Meter $\mathrm{m}$, die der Zeit ist die Sekunde $\mathrm{s}$. Daraus ergibt sich für die Geschwindigkeit die SI-Einheit $\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$, ausgesprochen "Meter pro Sekunde".

Um von $\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$ in $\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$ umzurechnen, überlege Dir, wie Du von $\mathrm{km}$ in $\mathrm{m}$ und wie Du von $\mathrm{h}$ in $\mathrm{s}$ umrechnen kannst. Die Umrechnung von $\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$ in $\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$ ergibt sich dann aus diesen beiden Umrechnungen.

Es gilt, dass $1\mathrm{km}$ genau $1000\mathrm{m}$ entsprechen. In der Zeit gilt, dass $1\mathrm{h}$ genau $60\min$ ist und $1\min$ entspricht genau $60\mathrm{s}$. Insgesamt besteht $1\mathrm{h}$ also aus $60\cdot 60\mathrm{s}=3600\mathrm{s}$.

Aus den Umrechnungen von $\mathrm{km}$ in $\mathrm{m}$ und $\mathrm{h}$ in $\mathrm{s}$ ergibt sich die gesamte Umrechnung

$$1\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}=1\frac{1000\mathrm{m}}{3600\mathrm{s}}=1:3,6\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$$

Die Umrechnung von $\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}$ in $\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$ erfolgt durch dieselbe Herleitung durch

$$1\frac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}=1\frac{3600\mathrm{km}}{1000\mathrm{h}}=3,6\frac{\mathrm{km}}{\mathrm{h}}$$

Mit dem Wissen, wie Du zwischen den bekanntesten Einheiten der Geschwindigkeiten umrechnen kannst, bist Du nun darauf vorbereitet, Geschwindigkeiten selbst zu berechnen.

Geschwindigkeit Physik Berechnen

Beim Berechnen der Geschwindigkeit benötigst Du lediglich eine Strecke und die Zeit, in der diese Strecke überwunden wurde.

Mit einer einfachen Formel lässt sich die Geschwindigkeit dann aus diesen beiden Komponenten berechnen.

Geschwindigkeit Physik Formel

Die Geschwindigkeit lässt sich in der Physik mit einer einfachen Formel, in der die Strecke durch die Zeit geteilt wird, berechnen.

Um Dir die Formel zur Berechnung der Geschwindigkeit etwas zu verinnerlichen, schaue Dir dazu ein Beispiel ein.

Durch diese Formel kann mit einer gegebenen Geschwindigkeit auch eine Strecke oder eine Zeit berechnet werden. Dazu stellst Du die Formel nach der Größe um, die Du suchst.

Um eine Geschwindigkeit möglichst eindeutig festzustellen, lohnt es sich häufig, eine Weg-Zeit-Tabelle zu benutzen.

Geschwindigkeit Physik Weg-Zeit-Tabelle

Die Weg-Zeit-Tabelle ist so aufgebaut, dass für jedes Objekt eine Zeile benutzt wird. Für jeden Messpunkt wird dann eine Spalte verwendet. In die Zellen werden dann zu den Messpunkten für die Objekte die zurückgelegten Strecken bzw. die benötigte Zeit eingetragen.

Mithilfe einer Weg-Zeit-Tabelle kann für ein oder mehrere Objekte die mittleren Geschwindigkeiten ermittelt werden.

Um die Weg-Zeit-Tabelle zu vertiefen, schaue Dir bestenfalls ein Beispiel dazu an.

Um Dir das Wissen über die Geschwindigkeit, das Du Dir nun angeeignet hast, empfiehlt es sich, ein paar Übungsaufgaben zu bearbeiten. Ein paar stehen Dir hier nun zur Verfügung.

Geschwindigkeit Physik Aufgaben

Durch ein paar Aufgaben sollst Du hier Deine Erkenntnisse über die Geschwindigkeit festigen.

Um die Grundformel der Geschwindigkeit möglichst gut zu verstehen, ist es am besten, wenn Du sie auf verschiedene Arten und Weisen anwendest. Deshalb berechne eine Aufgabe, in der die Geschwindigkeit schon bekannt ist.

Als letzte Übung ist es sinnvoll, wenn Du Dir noch einmal eine Aufgabe zur Weg-Zeit-Tabelle anschaust.

Mit dieser Erklärung hast Du nun einen Überblick über die Geschwindigkeit in der Physik erlangt. Falls Du weitere Übung in der Berechnung der Geschwindigkeit brauchst, kannst Du Dir Beispiel aus dem Alltag überlegen und berechnen und schon bald wirst Du ein wahrhafter Tempoprofi sein.