Arten der Geschwindigkeit
Die Geschwindigkeit beschreibt die Distanzen, die Körper in einer bestimmten Zeit zurücklegen. Sie ist eine vektorielle Größe, da sie sowohl einen Betrag als auch eine Richtung besitzt. Im Folgenden werden die verschiedenen Arten von Geschwindigkeiten vorgestellt:
Konstante Geschwindigkeit
Die konstante Geschwindigkeit bezieht sich auf Objekte, die in gleichen Zeitintervallen gleiche Distanzen zurücklegen. Bei dieser Art von Bewegung bleibt der zahlenmäßige Wert der Geschwindigkeit sowie deren Richtung zu jedem Zeitpunkt konstant.
Konstante Geschwindigkeit gilt ausschließlich für Objekte, die sich geradlinig und mit gleichbleibender Geschwindigkeit bewegen. Ein Beispiel für konstante Geschwindigkeit sind bestimmte Himmelskörper außerhalb des Sonnensystems, die keinen äußeren Kräften ausgesetzt sind. Die konstante Geschwindigkeit kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
Geschwindigkeit = Verschiebung / Zeitdauer
Veränderliche Geschwindigkeit
Die veränderliche Geschwindigkeit beschreibt bewegte Objekte, deren Geschwindigkeit an unterschiedlichen Punkten entlang ihrer Bewegungsbahn variieren kann. Diese Änderungen können sowohl die Richtung als auch den Ansatz der Geschwindigkeit betreffen, oder beides gleichzeitig. Die Bewegung kann sich in einem unterschiedlichen Tempo vollziehen oder das Objekt kann in gleichen Zeitabständen ungleiche Distanzen zurücklegen.
Die Veränderung dieser Geschwindigkeit wird durch die Beschleunigung gemessen. Kometen und Asteroiden sind Beispiele für Objekte mit veränderlicher Geschwindigkeit, da ihre Geschwindigkeit oder Richtung durch die Gravitation beeinflusst werden.
Momentangeschwindigkeit
Die Momentangeschwindigkeit beschreibt die durchschnittliche Geschwindigkeit zwischen zwei Punkten auf dem Weg eines Körpers, wenn das Zeitintervall zwischen diesen Punkten gegen null tendiert. Eine stark verkürzte Zeitspanne führt dazu, dass der Körper in diesem Zeitraum keine Beschleunigung aufweist. Die Momentangeschwindigkeit kann mit der folgenden Formel gemessen werden:
Momentangeschwindigkeit = lim [(f(z + Δz) – f(z)) / Δz] ….. wenn Δz gegen null geht.
Momentangeschwindigkeit = df(z) / dz
Dabei bedeutet:
- f: Weg
- z: Zeit
- Δz: Zeitänderung
- lim: Grenzwert
- df(z) / dz: Ableitung des Weges bezüglich der Zeit
Grenzgeschwindigkeit
Die Grenzgeschwindigkeit ist eine spezielle Art von Geschwindigkeit, die die konstante Geschwindigkeit beschreibt, mit der ein Objekt im freien Fall durch ein Gas oder eine Flüssigkeit fällt. Ein Körper, der aus dem Ruhezustand fällt, wird schneller, bis er die Grenzgeschwindigkeit erreicht. Ein Objekt, das sich schneller als seine Grenzgeschwindigkeit bewegt, verlangsamt sich, bis es diese Geschwindigkeit erreicht. Daher wird die Grenzgeschwindigkeit erreicht, wenn die Beschleunigung Null ist.
Beispiele für Objekte, die mit Grenzgeschwindigkeit beweglich sind, sind Fallschirmspringer und Regentropfen.
Durchschnittsgeschwindigkeit
Die Durchschnittsgeschwindigkeit wird als Betrag der Veränderung der Position (Verschiebung) über einen bestimmten Zeitraum definiert. Diese kann positiv oder negativ sein, abhängig vom Vorzeichen der Verschiebung. Die Durchschnittsgeschwindigkeit kann mit der folgenden Formel berechnet werden:
Durchschnittsgeschwindigkeit = (Endposition – Anfangsposition) / (Endzeit – Anfangszeit)
Winkelgeschwindigkeit
Die Winkelgeschwindigkeit beschreibt die Geschwindigkeit eines Körpers, der sich um einen Mittelpunkt oder eine bestimmte Achse in einem bestimmten Zeitraum bewegt. Diese Geschwindigkeit wird in Radiant pro Sekunde gemessen und misst die Änderung des Winkels pro Zeiteinheit. Auch als Drehgeschwindigkeit bekannt, ist die Winkelgeschwindigkeit ein wichtiges Konzept in der Physik.