Bewegungen – Formen und Bezugssysteme

Bewegungen – Formen und Bezugssysteme Übung

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.