Kinematik

Die Kinematik ist ein Teilbereich der Mechanik, der sich mit der Bewegung von Körpern im Raum beschäftigt. Es kann ermittelt werden, wie schnell sich einzelne Objekte bewegen, welche Entfernungen sie zurücklegen und welche Beschleunigung sie dabei befahren. Die geltenden Gesetze sind in den verschiedensten Bereichen von Alltag und Technik wiederzufinden.

Größen in der Kinematik

Das Schöne an der Kinematik ist die Tatsache, dass es nur vergleichsweise wenige Gesetze und somit auch Formeln gibt, mit denen die einzelnen Abläufe beschrieben werden können. Dasselbe gilt für die einzelnen Variablen, die untersucht werden können.

Wenn Kräfte auf einen Körper wirken, so beschreibt die Physik die entstehende Bewegung anhand von drei Größen. Hierzu zählen der Weg, die Geschwindigkeit und die Beschleunigung. Die genannten drei Größen werden üblicherweise mit den drei Variablen s (Weg), v (Geschwindigkeit) und a (Beschleunigung) gekennzeichnet. Es ist anzumerken, dass diese Größen stets dann herangezogen werden, wenn es um die Untersuchung oder Berechnung von geradlinigen Bewegungen geht. Bei einer Drehbewegung sind die Größen Drehwinkel, Winkelgeschwindigkeit und Winkelbeschleunigung heranzuziehen. Gekennzeichnet werden diese drei Größen mithilfe des griechischen Alphabets: Phi steht für den Drehwinkel, Omega für die Winkelgeschwindigkeit und Alpha für die Winkelbeschleunigung.

Beispiele zur Berechnung aus dem Alltag

Eines der klassischen Beispiele für die Anwendung der Kinematik ist die Berechnung des schiefen Wurfs. Mit einer entsprechenden Berechnung lässt sich ermitteln, welche Entfernung ein Objekt zurücklegt, wenn es mit einer bestimmten Geschwindigkeit bei einem bestimmten Winkel geworfen wird. Ebenso lässt sich errechnen, welche Abwurfgeschwindigkeit benötigt wird, um bei einem bestimmten Wurfwinkel eine gewünschte Weite zu erreichen. Variiert man beispielsweise verschiedene Winkel, wird man feststellen, dass man mit einem Abwurfwinkel von 45 Grad die maximale Wurfweite erzielt.

Andere Bereiche der Physik berücksichtigen

Die Kinematik ist ein Teilbereich der Mechanik. Deshalb wundert es nicht, dass sie mit weiteren Teilbereichen der Mechanik bzw. der Physik in Berührung kommt. Ein ganz wichtiges Thema, mit welchem man zwangsläufig in Berührung kommt, ist die Berücksichtigung von Widerständen. Gäbe es keine Widerstände (beispielsweise hervorgerufen durch Kontakt mit Oberflächen oder der Luft), würden Objekte, die sich in Bewegung befinden, nicht stoppen. Die einfachen Formeln der Kinematik berücksichtigen Luft- und Reibungswiderstand nicht, weshalb schnell Ergebnisse errechnet werden, die vom Versuchsaufbau abweichen.
Ganz ähnlich ist es um die Einhaltung der sogenannten SI-Einheiten bestellt. Im Alltag geben wir beispielsweise Geschwindigkeiten mit Kilometer pro Stunde (km/h) oder Gewichte in Tonnen (t) an. Die Formeln der Kinematik führen allerdings nur dann zum richtigen Ergebnis, wenn sämtliche Variablen in den jeweils richtigen SI-Einheiten eingesetzt werden. Geschwindigkeiten werden beispielsweise in Metern pro Sekunde (m/s) angegeben. Daher ist es oftmals erforderlich, Umrechnungen vorzunehmen, damit am Ende die richtigen SI-Einheiten verwendet werden und die Formeln zum korrekten Ergebnis führen.


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