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Bewegung

zeitliche Änderung des Zustandes eines physikalischen Systems. Bewegungen können als Bahnkurve im Zustandsraum, also in dem aus der Gesamtheit aller möglichen Zustände bestehenden Raum, dargestellt werden. Ursache von Bewegungen können sowohl Wechselwirkungen der Komponenten des Systems untereinander als auch das Angreifen äusserer Kräfte sein. Das Aufstellen von Bewegungsgleichungen, die die Bewegung beschreiben, und die Angabe von Methoden zu ihrer Lösung ist eine der Hauptaufgaben der Dynamik. Oftmals werden als Bewegungen in einem mechanischen Sinn nur "äussere", rein raumzeitliche Zustandsänderungen, wie etwa die Bewegung eines Massenpunktes oder der Fluss einer Strömung, bezeichnet, während in einer erweiterten Bedeutung auch andere Zustandsänderungen, z.B. Änderungen der inneren Parameter eines thermodynamischen Systems, als Bewegungformen begriffen werden können.

Physikalische Grössen, die ihren Wert während der Bewegung nicht ändern, heissen Konstanten der Bewegung, Erhaltungsgrössen oder Bewegungsintegrale. Entsprechend dem Noether-Theorem liegt jeder Erhaltungsgrösse eine Symmetrie des Systems zugrunde. So führt beispielsweise die Invarianz der Bewegungsgleichungen gegenüber Translation zur Impulserhaltung, und die Invarianz gegenüber einer Rotation bedingt die Drehimpulserhaltung. Wichtige Erhaltungsgrössen abgeschlossener Systeme sind die Energie, der Impuls und der Drehimpuls. Die Konstanten der Bewegung geben wesentliche Informationen über die Bewegung, ohne dass die Bewegungsgleichung gelöst werden muss.

Die Beobachtung raumzeitlicher Bewegungen erfolgt stets von einem Bezugssystem aus. Da kein inertiales Bezugsystem gegenüber einem anderen ausgezeichnet ist, der Charakter der Bewegung jedoch vom gewählten Bezugssystem abhängt, kann immer nur von einer Relativbewegung gesprochen werden; der Begriff der absoluten Bewegung ist physikalisch sinnlos.

In der Dynamik des Massenpunktes bzw. des starren Körpers werden einige spezielle Bewegungsformen in Abhängigkeit vom zeitlichen Verhalten der Geschwindigkeit klassifiziert (Tabelle): Eine gleichförmige Bewegung ist durch konstanten Betrag der Geschwindigkeit gekennzeichnet, andernfalls spricht man von einer ungleichförmigen Bewegung. Gleichförmige und ungleichförmige Bewegungen können geradlinig, d.h. mit konstanter Richtung der Geschwindigkeit, oder krummlinig, d.h. mit veränderlicher Geschwindigkeitsrichtung, verlaufen. Eine geradlinige Bewegung ist eine Translation, bei der sich die einzelnen Punkte eines starren Körpers auf parallelen Geraden bewegen. Eine Rotation ist eine Bewegung eines Körpers um eine Achse, wobei sich alle Punkte des Körpers auf konzentrischen Kreisen um diese Drehachse bewegen. Eine beliebige Bewegung (z.B. eine krummlinig ungleichförmige) kann durch eine Überlagerung aus Translations- und Rotationsbewegungskomponenten dargestellt werden. Bei einer periodischen Bewegung, z.B. bei einer gleichförmigen Kreisbewegung oder bei einer Pendelschwingung, erreicht der Körper oder Massenpunkt nach einer bestimmten Zeit wieder seinen Ausgangsort und wiederholt dann den Bewegungsvorgang.

Bewegung: Übersicht der Bewegungsformen.

Gleichförmig

v  ist konstant

verschwindende Tangentialbeschleunigung

 

 

geradlinig

(= Translation)

krummlinig

(= Kombination aus Translation und Rotation)

geradlinig

(= Translation)

krummlinig

(= Kombination aus Translation und Rotation)

Merkmale

die Richtung der Bahn ändert sich nicht.

die Richtung der Bahn ändert sich.

die Richtung der Bahn ändert sich nicht.

die Richtung der Bahn ändert sich.

v  ist konstant

|v | ist konstant

Richtung von v ist konstant

v ist beliebig

Bewegung

Bewegung

a ist beliebig

Beispiele einfacher Bewegungen

Körper in Ruhe

gleichförmige Kreisbewegung

gleichmässig beschleunigte Bewegung

gleichmässig beschleunigte Kreisbewegung

geradlinig gleichförmige Bewegung

 

freier Fall

schiefer Wurf

 

 

senkrechter Wurf

waagrechter Wurf

 

 

lineare harmonische Schwingung

 

 

 

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