Du stehst morgens an der Bushaltestelle und fragst dich, wie schnell du eigentlich mit dem Fahrrad wärst. Im Physik-Unterricht nennt man das "Kinematik" – und nein, das hat nichts mit Kinofilmen zu tun, obwohl es manchmal genauso spannend sein kann. Die Kinematik beschäftigt sich damit, wie sich Dinge bewegen, ohne zu fragen, warum sie sich bewegen. Das "Warum" kommt später dran, wenn wir über Kräfte reden.
Was ist Geschwindigkeit eigentlich?
Die Geschwindigkeit gibt an, wie viel Strecke man in einer bestimmten Zeit zurücklegt. Das klingt erstmal einfach, oder? In der Physik schreiben wir das als v = s / t, wobei v die Geschwindigkeit ist, s die Strecke und t die Zeit. Die Einheit ist usually Meter pro Sekunde (m/s), aber manchmal sieht man auch Kilometer pro Stunde (km/h).
Nehmen wir ein konkretes Beispiel: Lisa fährt mit ihrem Fahrrad zum Sportplatz. Sie legt 3 Kilometer in 10 Minuten zurück. Um die Geschwindigkeit in m/s zu berechnen, rechnen wir erst die Strecke in Meter um (3000 m) und die Zeit in Sekunden (600 s). Also: 3000 / 600 = 5 m/s. Das entspricht übrigens 18 km/h – gar nicht so schnell, aber auch nicht langsam.
Wussten Sie schon? Die Geschwindigkeit in m/s rechnet man schnell in km/h um, indem man mit 3,6 multipliziert. Aus 20 m/s werden also 72 km/h.
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Beschleunigung – wenn es schneller wird
Jetzt wird es interessant. Beschleunigung bedeutet nicht nur "schneller werden", sondern ganz allgemein eine Änderung der Geschwindigkeit. Das kann auch heißen: langsamer werden (negative Beschleunigung) oder die Richtung ändern. In der Formel schreiben wir a = Δv / Δt. Das Dreieck vor dem v bedeutet "Änderung von".
Beschleunigung begegnet uns im Alltag ständig – auch beim Autofahren.
Stell dir vor, ein Auto beschleunigt von 0 auf 100 km/h in 8 Sekunden. Um das in m/s umzurechnen: 100 km/h sind etwa 27,8 m/s. Die Beschleunigung ist dann 27,8 / 8 ≈ 3,5 m/s². Das bedeutet, die Geschwindigkeit nimmt jede Sekunde um etwa 3,5 m/s zu. Nicht schlecht für einen Mittelklassewagen!
Ein anderes Beispiel aus dem Schulalltag: Wenn du beim 100-Meter-Lauf aus dem Startblock losspringst, erreichst du nach etwa 2 Sekunden eine Geschwindigkeit von ungefähr 10 m/s. Das entspricht einer mittleren Beschleunigung von etwa 5 m/s². Profis schaffen sogar bis zu 12 m/s² beim Start – da merkt man richtig, wie die Muskeln arbeiten.
Der freie Fall – ein spezieller Fall
Hier wird es richtig faszinierend. Im Vakuum, also ohne Luftwiderstand, fallen alle Körper gleich schnell – egal ob eine Feder oder ein Stein. Die Erdbeschleunigung g beträgt etwa 9,81 m/s². Das bedeutet: Nach jeder Sekunde ist die Fallgeschwindigkeit um etwa 9,81 m/s höher.
Nach einer Sekunde fällt man also mit 9,81 m/s (ca. 35 km/h), nach zwei Sekunden mit 19,62 m/s (ca. 71 km/h) und so weiter. In der Praxis ist der Luftwiderstand aber ein wichtiger Faktor. Deshalb erreichen Fallschirmspringer eine Maximalgeschwindigkeit von etwa 200 km/h – der Luftwiderstand wirkt der Beschleunigung entgegen.
Warum ist das wichtig?
Die Kinematik ist die Grundlage für fast alle anderen Bereiche der Physik. Ohne Geschwindigkeit und Beschleunigung funktioniert kein einziger der folgenden Artikel – angefangen bei Newtons Gesetzen bis hin zur Quantenphysik. Deshalb lohnt es sich wirklich, diese Konzepte zu verstehen, bevor man weitermacht.
Wichtige Formeln auf einen Blick
Hier kommen die wichtigsten Gleichungen, die du kennen solltest:
- Geschwindigkeit: v = s / t
- Durchschnittsgeschwindigkeit: v = Δs / Δt
- Beschleunigung: a = Δv / Δt
- Freier Fall: s = ½ × g × t²
- Fallgeschwindigkeit: v = g × t
Die Grundformeln der Kinematik – damit lässt sich fast alles berechnen.
Probiere die wichtigsten Berechnungen direkt aus: Mit unserem Geschwindigkeitsrechner kannst du Strecke und Zeit eingeben und die Geschwindigkeit berechnen. Für Beschleunigungsaufgaben nutze den Beschleunigungsrechner.
Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung?
Geschwindigkeit gibt an, wie schnell man sich bewegt (Strecke pro Zeit). Beschleunigung gibt an, wie schnell sich die Geschwindigkeit ändert. Man kann also eine konstante Geschwindigkeit haben ohne Beschleunigung, aber auch stillstehen und beschleunigen (wenn man schneller wird, sobald man losfährt).
Warum fallen alle Körper im Vakuum gleich schnell?
Weil die Fallbeschleunigung unabhängig von der Masse ist. Die Masse bestimmt, wie träge ein Körper ist (Newtons 2. Gesetz), aber auch wie stark die Gravitation auf ihn wirkt. Diese beiden Effekte heben sich gegenseitig auf – deshalb fallen Hammer und Feder im Vakuum gleichzeitig.
Wie rechne ich km/h in m/s um?
Ganz einfach: km/h durch 3,6 teilen. Umgekehrt: m/s mit 3,6 multiplizieren. Zum Beispiel: 72 km/h = 72/3,6 = 20 m/s.