Bewegungen – Formen und Bezugssysteme 05:33 min
Transkript Bewegungen – Formen und Bezugssysteme
Hallo und herzlich willkommen! In der Physik beschäftigt man sich viel mit Bewegungen. Dabei kann sich quasi alles bewegen, vom einzelnen Atom über Autos bis hin zu Sternen und sogar ganzen Galaxien. In diesem Video werden wir uns daher allgemein mit der Bewegung der Körper beschäftigen. Dabei wirst du lernen, was eine Bewegung im physikalischen Sinne ist und wie sie mit dem Bezugssystem zusammenhängt. Danach wirst du sehen, welche unterschiedlichen Formen von Bewegung es gibt. Und zum Schluss wirst du lernen, was man unter gleichförmiger und ungleichförmiger Bewegung versteht. Was würdest du antworten, wenn dich jemand fragt was eine Bewegung ist? Es ist gar nicht so einfach, auf diese Frage eine schnelle und richtige Antwort zu finden. Wenn man etwas genauer darüber nachdenkt, kommt man darauf, dass eine Bewegung immer mit einer Änderung des Ortes mit der Zeit zusammenhängt. Bewegst du deinen Finger, dann befindet er sich an einem anderen Ort als vor der Bewegung. Fährst du Fahrrad, dann bewegst du dich. Und am Ende der Fahrt befindest du dich an einem anderen Ort als vorher. Eine Bewegung ist also eine Änderung des Ortes mit der Zeit. Aber was hat die Bewegung mit dem Bezugssystem zu tun? Und was ist überhaupt ein Bezugssystem? Ein Bezugssystem ist der Ort, von dem aus man eine Bewegung beobachtet. Dabei kann man eine Bewegung von unterschiedlichen Bezugssystemen aus betrachten. Vielleicht kennst du die Situation, wenn ein Zug aus dem Bahnhof ausfährt. Solange der Zug noch langsam fährt, hat man manchmal den Eindruck, dass der Bahnhof sich bewegt und nicht der Zug. Das liegt daran, dass alle Bewegungen relativ sind. Der Zug bewegt sich relativ zum Bahnhof. Wenn man die Bewegung vom Bahnhof aus betrachtet, dann liegt das Bezugssystem im Bahnhof. Liegt das Bezugssystem aber im Zug, dann bewegt sich der Bahnhof relativ zum Zug. Dass Bewegung immer relativ ist, kannst du dir auch daran klar machen was passiert, wenn du mit einem Freund mit einem Tandem fährst. Legt man das Bezugssystem in die Straße, dann bewegt ihr euch beide relativ zu dieser. Das sieht man daran, dass ihr am Ende an einem anderen Ort seid als am Anfang. Legt man das Bezugssystem aber in deinen Freund, dann bewegt sich die Straße relativ zu euch. Und ihr beide bewegt euch nicht relativ zueinander, da ihr auch am Ende der Bewegung immer noch nebeneinander seid. Vielleicht wird das an einem weiteren Beispiel noch deutlicher: Stelle dir vor, du stehst neben einem Baum, auf den ein Auto zufährt. Von dir aus gesehen, also wenn das Bezugssystem in dir liegt, bewegt sich das Auto auf den Baum zu. Sitzt man aber im Auto, dann kommt es einem so vor, als ob sich der Baum auf das Auto zubewegen würde. Was sich bewegt und was nicht, hängt also immer davon ab, wie man das Bezugssystem wählt. Körper können sich auf unterschiedliche Arten und Weisen bewegen. Wir werden uns hier drei Formen von Bewegungen anschauen, die häufig vorkommen. Es gibt aber noch weitere. Eine geradlinige Bewegung ist eine Bewegung, bei der die Bewegung entlang einer geraden Linie verläuft. Die Richtung ändert sich also während der Bewegung nicht. Ein Beispiel für eine geradlinige Bewegung ist der freie Fall. Lässt man etwas im Schwerefeld der Erde fallen, so bewegt es sich auf einer geraden Linie auf den Boden zu. Eine weitere Form von Bewegung ist die Kreisbewegung. Bei einer Kreisbewegung bewegt sich der Körper entlang eines Kreises und durchläuft immer wieder die gleichen Punkte. Ein Beispiel für eine Kreisbewegung ist ein Karussell. Die dritte Form von Bewegung ist die harmonische Schwingung. Eine harmonische Schwingung ist eine Bewegung, bei der wie bei einer Kreisbewegung immer die gleichen Punkte durchlaufen werden. Im Gegensatz zur Kreisbewegung ändert sich aber ständig die Bewegungsrichtung. Ein Beispiel für eine harmonische Schwingung ist Schaukeln. Erst befindet man sich am höchsten Punkt, dann wird man schneller und kommt dem Boden näher. Ist der tiefste Punkt durchlaufen, schwingt man weiter und nähert sich dem höchsten Punkt auf der anderen Seite. Dort kehrt die Bewegung dann um und durchläuft genau die gleichen Punkte in anderer Richtung. Das wiederholt sich dann beliebig oft. Zum Schluss wirst du noch lernen, was gleichförmige und ungleichförmige Bewegungen sind. Bei einer gleichförmigen Bewegung ändert sich die Geschwindigkeit nicht, sie ist konstant. Das kann bei einer geradlinigen Bewegung, aber auch bei einer Kreisbewegung der Fall sein. Wenn die Geschwindigkeit konstant ist, werden in gleichen Zeiten gleiche Strecken zurückgelegt. Das heißt zum Beispiel, dass in der Zeit von zwei Minuten immer die gleiche Strecke zurückgelegt wird. Egal ob am Anfang, der Mitte oder am Ende der Bewegung. Bei einer ungleichförmigen Bewegung ändert sich die Geschwindigkeit. So ist der betrachtete Körper mal schneller und mal langsamer. Für diese Art der Bewegung ist es schon zu schwieriger zu sagen, wieviel Strecke pro Zeit zurückgelegt wird. So, was hast du eben gelernt? Eine Bewegung ist eine Änderung des Ortes mit der Zeit. Bewegung ist immer relativ. Was sich relativ zu etwas anderem bewegt, hängt von der Wahl des Bezugssystems ab. Es gibt drei Formen von Bewegungen: die geradlinige Bewegung, die Kreisbewegung und die Schwingung. Außerdem lassen sich Bewegungen in gleichförmige und ungleichförmige unterteilen. Bei einer gleichförmigen Bewegung ist die Geschwindigkeit konstant, bei einer ungleichförmigen nicht konstant. Und das war es auch schon zum Thema „Bewegungen der Körper". Tschüss und bis zum nächsten Mal!
Videobeschreibung
In der Physik werden sehr oft Bewegungen untersucht und beschrieben. Das können Bewegungen eines Atoms, eines Menschen auf der Straße, von Autos, Raketen, Sternen und sogar von ganzen Galaxien sein. In diesem Video wird dargestellt, wie die Bewegung eines Körpers ganz allgemein modelliert und berechnet wird. Dabei wird zuerst erklärt, was im physikalischen Sinne "Bewegung" und was das "Bezugssystem einer Bewegung" ist, dann werden einige Beispiele besprochen und zuletzt wird erläutert, was man unter gleichförmiger und was unter ungleichförmiger Bewegung versteht.
Der Tutor:
Bewegungen – Formen und Bezugssysteme
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Bewegungen – Formen und Bezugssysteme Übung
Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Bewegungen – Formen und Bezugssysteme kannst du es wiederholen und üben.
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Nenne Beispiele, bei denen man von einer Bewegung sprechen kann.
Tipps
Notiere dir noch einmal die Merkmale einer Bewegung.
Lösung
Eine Bewegung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Objekt eine Änderung des Ortes mit der Zeit erfährt. Die Änderung kann hierbei sehr unterschiedlich sein, sodass man verschiedene Arten von Bewegungen unterscheidet.
So kann die Ortsänderung kreisförmig oder geradlinig sein. Auch eine Schwingung ist eine Bewegung. Fährt ein Auto in einem Kreis oder auch bei einer Schwingung (zum Beispiel Schaukeln), erreicht das bewegte Objekt nach einiger Zeit wieder seinen ursprünglichen Ort. Da das Objekt jedoch im Laufe der Zeit seinen Ort verändert hat, spricht man auch hier von einer Bewegung. Aber jemand, der zufällig nur in den beiden Momenten hinschaut, in denen sich das Objekt am gleichen Ort befindet, könnte denken, dass sich das Objekt nicht bewegt hat. Sicherlich merkst du gerade auch nicht, dass du auf der Erde mit 30,3 km/s um die Sonne rauschst. Wie Bewegungen wahrgenommen und beschrieben werden, hängt immer stark von dem Standpunkt des Beobachters ab.
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Beschreibe die Bewegungen aus deinem Bezugssystem.
Tipps
Wie eine Bewegung beobachtet und beschrieben wird, hängt vom Standpunkt des Beobachters ab. Man sagt auch: "Bewegungen sind relativ". Versuche dir also vorzustellen, du würdest auf dem Tandem sitzen.
Lösung
In der beschriebenen Situation sind sehr viele verschiedene Bewegungen zu beobachten. Wie diese Bewegungen beschrieben werden, hängt entscheidend vom Standpunkt des Beobachters ab. Wenn jemand am Straßenrand steht und euch mit dem Tandemfahrrad vorbeifahren sieht, dann kann er mit Recht behaupten, dass ihr euch bewegt, denn ihr legt im Laufe der Zeit eine größer werdende Strecke zurück. Die Strecke zwischen dir und deiner Freundin, die hinter dir auf dem Sitz hinter dir sitzt, verändert sich aber nicht im Laufe der Zeit. Du kannst also ebenso mit Recht behaupten, dass sich deine Freundin nicht bewegt. Hier treffen scheinbar zwei Aussagen aufeinander, die sich widersprechen. Es wird an diesem Beispiel deutlich, dass Bewegungen relativ sind.
In der Aufgabe solltest du die Position auf dem Fahrrad einnehmen und von dort aus die Bewegungen beschreiben. Mit anderen Worten: Du hast zur Beschreibung der Bewegung ein bewegtes Bezugssystem auf dem Tandemfahrrad gewählt. Da sich dieses Bezugssystem mit der gleichen Geschwindigkeit wie deine Freundin und der andere Radfahrer bewegt, wären in einer Darstellung im Zeit-Weg-Diagramm keine Bewegungen zu erkennen. Die anderen Gegenstände bewegen sich jedoch relativ zu dir: Die Spinne schwingt an ihrem Faden, das Auto kommt euch entgegen und die Straße bewegt sich unter euch nach hinten.
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Beschreibe die Bewegung aus verschiedenen Bezugssystemen.
Tipps
Bedenke, dass sich der Ball aufgrund der Erdanziehung in Richtung Boden bewegt.
Lösung
Ob du dich bewegst oder ob sich dein Freund bewegt, hängt von der Wahl des Bezugssystems ab. In einem bewegten Bezugssystem, das sich auf der Ladefläche des Autos befindet, erscheint es, als würde sich die Landschaft zusammen mit deinem Freund mit einer Geschwindigkeit von 20 km/h an dir vorbeibewegen. Ruht das Bezugssystem jedoch in einem festen Punkt auf der Straße, so ruht auch dein Freund und das Auto, auf dessen Ladefläche du stehst, bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 20 km/h.
Besonders ist in der beschriebenen Situation die Bewegung des Fußballes. Er befindet sich zunächst auf der Ladefläche und wird mit einer Geschwindigkeit von 20 km/h mit dem Auto mitgeführt. Vom ruhenden Bezugssystem aus betrachtet, führt der Ball also eine geradlinige, gleichförmige Bewegung aus. Durch den Schuss erhält der Ball jedoch plötzlich eine Geschwindigkeit von 20 km/h genau in entgegengesetzter Fahrtrichtung. Vom ruhenden Bezugssystem aus erscheint es deshalb für einen kurzen Moment so, als würde der Ball ruhen. Da er sich aber auf der Höhe der Ladefläche befindet und diese ja quasi unter ihm weggefahren ist, fällt der Ball zu Boden. Vom ruhenden Bezugssystem erscheint die Bewegung des Balles daher wie ein senkrechter, freier Fall, vergleichbar mit einem Apfel, der vom Baum zu Boden fällt.
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Bestimme die relativen Geschwindigkeiten.
Tipps
Die Geschwindigkeit des Schneeballes wird von dir anders wahrgenommen als von deiner Mutter. Denn du bewegst dich in die Flugrichtung des Schneeballes.
Lösung
An der geschilderten Situation wird deutlich, dass Geschwindigkeiten relativ sind. Deine Mutter, die vor dem Fenster steht, stellt ein ruhendes Bezugssystem dar. In der Aufgabe ist geschildert, dass sie den Schneeball mit einer Geschwindigkeit von 38 km/h fliegen sieht. Den Aufprall des Schneeballes würdest du aber gar nicht so stark wahrnehmen. Das liegt daran, dass du dich in die gleiche Richtung wie der Schneeball bewegst. Von deinem Bezugssystem aus ist der Schneeball dadurch sehr viel langsamer. Und zwar um genau den Geschwindigkeitsbetrag, mit dem du dich von ihm wegbewegst, also 38 km/h - 17 km/h = 21 km/h. Würdest du nicht laufen, wäre auch dein Bezugssystem ruhend und der Aufprall des Schneeballes wäre mit 38 km/h deutlich härter. Stell dir vor du wärst mit einer Geschwindigkeit von 17 km/h auf deine Freundin zugelaufen. Der Schneeball hätte eine Aufprallgeschwindigkeit von 38 km/h + 17 km/h = 55 km/h gehabt! Die Geschwindigkeiten können also beim Wechsel des Bezugssystems addiert oder subtrahiert werden.
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Nenne die richtigen Bewegungsformen für die Beispiele.
Tipps
Eine gleichförmige Bewegung ist eine Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit. Sie kann auf einer geraden Linie, auf Schlangenlinien, auf einer Kreisbahn oder sonstigen anderen Bahnen verlaufen.
Lösung
Eine geradlinige Bewegung ist eine Bewegung, bei der die Bewegung entlang einer geraden Linie verläuft.
Eine gleichförmige Bewegung ist eine Bewegung, bei der die Geschwindigkeit konstant ist.
Bei einer Kreisbewegung bewegt sich ein Körper auf einer Bahn entlang eines Kreises und durchläuft immer wieder die gleichen Punkte.
Eine harmonische Schwingung ist eine Bewegung, bei der wie bei der Kreisbewegung immer wieder die gleichen Punkte durchlaufen werden. Im Gegensatz zur Kreisbewegung kehrt sich aber die Bewegung in gleichen Zeitabständen um.
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Beschreibe die Bewegung des Satelliten aus den verschiedenen Bezugssystemen.
Tipps
Stelle dir immer vor, was du sehen würdest, wenn du auf der Erde stehst und den Satelliten durch ein Fernrohr beobachtest, oder wenn du auf der Sonnenoberfläche stehen könntest.
Bedenke, dass sich die Erde um sich selber und um die Sonne dreht.
Lösung
Wenn du durch ein Fernrohr einen geostationären Satelliten von der Erde aus beobachtest, dann verändert er seine Position am Himmel nicht. Du könntest dein Fernrohr also fest auf die Position des Satelliten einstellen und z.B. vier Stunden später nochmal hindurchschauen. Du würdest den Satelliten dann immer noch an der gleichen Position sehen und könntest mit Recht behaupten, dass er sich nicht bewegt.
Betrachtest du die Situation hingegen von der Sonne aus, dann siehst du, wie sich die Erde um sich selber dreht und der Satellit in einer bestimmten Höhe genau diese Drehung auf einer Kreisbahn um die Erde mitmacht. Außerdem siehst du, wie sich der Satellit zusammen mit der Erde im Laufe eines Jahres einmal um die Sonne dreht. Es handelt sich hier also um eine Überlagerung von zwei Kreisbahnen.
Beobachtest du den Satelliten aus einem Bezugssystem, das sich direkt auf dem Satelliten befindet und sich mit diesem mitbewegt, dann bewegt sich der Satellit nicht. Er legt in diesem Bezugssystem nämlich keine Strecke im Laufe der Zeit zurück.
