Kinetik – die beliebtesten Themen
Welche Arten von Bewegung gibt es?
In der Kinetik gibt es verschiedene Bewegungsarten. Sie unterscheiden sich vor allem durch diese zwei Merkmale:
- eindimensionale oder zweidimensionale Bewegung
- Bewegung mit oder ohne Beschleunigung
Eindimensionale konstante Bewegung
Ein Körper führt eine eindimensionale konstante Bewegung aus, wenn er sich nur in eine Richtung fortbewegt und sich seine Geschwindigkeit dabei nicht ändert. Das bedeutet, dass der Körper nicht beschleunigt wird. Ein Überholmanöver zwischen zwei Autos mit konstanten Geschwindigkeiten ist ein typisches Beispiel für dieser Art der Bewegung.
Eindimensionale beschleunigte Bewegung
Die eindimensionale beschleunigte Bewegung erfolgt ebenfalls in eine Richtung, allerdings gibt es nun eine Beschleunigung, die die Geschwindigkeit des Körpers verändert. Der Körper kann also schneller oder langsamer werden. Diese Bewegungsart begegnet dir zum Beispiel beim freien Fall. Dort bewirkt die Anziehungskraft der Erde, dass der Körper immer schneller nach unten fällt.
Zweidimensionale Bewegung
Eine zweidimensionale Bewegung läuft, wie der Name schon verrät, in zwei Richtungen ab. Dabei gibt es immer auch eine Beschleunigung. Diese Beschleunigung kann bewirken, dass sich die Richtung oder auch die Geschwindigkeit des Körpers verändert. Eine zweidimensionale Bewegung begegnet dir im Physikunterricht beim waagerechten Wurf oder auch bei der Kreisbewegung.
Was ist die Ursache einer Bewegung?
Die Ursache einer Bewegung ist immer eine Kraft. Denn um einen Körper aus der Ruhe auf seine Geschwindigkeit bei einer konstanten Bewegung zu beschleunigen, brauchen wir am Anfang eine Kraft. Genauso ist eine Kraft notwendig, um die Beschleunigung bei einer beschleunigten Bewegung hervorzurufen. Du siehst also, dass die Begriffe Kraft und Beschleunigung ganz eng miteinander verwandt sind. Genau das drückt auch das zweite newtonsche Gesetz aus:
\(F = m \cdot a\)
Es zeigt dir, dass eine Kraft \(F\) immer eine Beschleunigung \(a\) bewirkt. Bei gleicher Kraft hängt diese Beschleunigung \(a\) von der Masse \(m\) des Körpers ab. Wenn du zum Beispiel mit voller Kraft einmal gegen einen schweren Basketball und einmal gegen einen leichteren Fußball trittst, dann merkst du, dass der Fußball schneller und weiter nach vorn rollt. Seine Beschleunigung fällt bei gleicher Kraft größer aus, weil seine Masse geringer ist.
Übrigens: Dass der Ball überhaupt wieder zum Stillstand kommt, liegt an der Reibungskraft, die der Boden auf den Ball ausübt. Im Physikunterricht darf man beim Rechnen aber meistens alle Reibungskräfte vernachlässigen!
Was ist die kinetische Energie?
Die kinetische Energie bezeichnet den Energieanteil, den ein Körper aufgrund seiner Bewegung hat. Man nennt die kinetische Energie deshalb auch Bewegungsenergie. Sie ist umso größer, je schneller und schwerer ein Körper ist. Sie hängt also von der Masse und der Geschwindigkeit des Körpers ab.
In der Mechanik begegnet dir die kinetische Energie sehr oft zusammen mit anderen Energiearten, zum Beispiel beim Energieerhaltungssatz mit der Lageenergie. Alle weiteren Infos findest du in unserem Unterthema zur kinetischen Energie.
Wozu braucht man Kinetik?
Ob konstante oder beschleunigte Bewegung – die Kinetik brauchen und nutzen wir überall dort, wo wir diese Bewegungen berechnen und vorhersagen wollen. Wie schnell wir mit dem Auto fahren oder wann der nächste Bus oder der nächste Zug ankommen wird, beides wird mit den Formeln aus der Kinetik berechnet. Auch die Navigationssysteme im Auto können mit diesen Formeln vorhersagen, wie lange wir für die Fahrtstrecke bis zu unserem Ziel benötigen werden. Außerdem können wir mit der Kinetik auch Gefahren abschätzen und so zum Beispiel festlegen, welche Fahrtgeschwindigkeit für Autos in einem bestimmten Stadtteil erlaubt sein sollte – und welche besser nicht.
Auch die Umlaufbahnen der Satelliten, die um die Erde kreisen und uns mit GPS und Handynetz versorgen, lassen sich mit der Kinetik berechnen. So können wir sicherstellen, dass keine Versorgungslücken entstehen und immer genügend Satelliten über allen Empfangsbereichen schweben.