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Wenn ein Auto anfährt, wird der Körper scheinbar nach hinten gedrückt. Beim Bremsen bewegt er sich scheinbar nach vorn. In beiden Fällen steckt dieselbe physikalische Idee dahinter: Die Geschwindigkeit des Autos ändert sich.
In der Physik beschreibt die mittlere Beschleunigung die Geschwindigkeitsänderung innerhalb eines Zeitintervalls. Da die Geschwindigkeit einen Betrag und eine Richtung besitzt, muss auch das Vorzeichen der Beschleunigung relativ zur gewählten positiven Richtung gelesen werden.
Beschleunigung bedeutet nicht automatisch, dass ein Körper schneller wird. Entscheidend ist, dass sich seine Geschwindigkeit ändert.
Die Einheit der Beschleunigung ist . Ist die Beschleunigung konstant , erhöht sich die Geschwindigkeit alle um . In diesem Sonderfall entspricht die mittlere Beschleunigung in jedem Intervall der Beschleunigung zu jedem Zeitpunkt.
Ein Zeitmarkengeber setzt in gleichen Zeitabständen Punkte auf ein Papierband. Bei einer geradlinigen Bewegung ohne Richtungswechsel bedeuten wachsende Abstände einen größeren Geschwindigkeitsbetrag, gleich große Abstände einen konstanten Betrag und schrumpfende Abstände einen kleineren Betrag. Die Abstände allein zeigen nicht das Vorzeichen der Geschwindigkeit. Dafür bleibt die gewählte positive Richtung notwendig.
Ein Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm stellt dieselbe Idee kompakt dar. Die Steigung eines Abschnitts gibt die mittlere Beschleunigung in diesem Intervall an. Bei einem geraden Abschnitt ist die Steigung konstant und gibt zugleich die Beschleunigung zu jedem Zeitpunkt des Abschnitts an.
Die Bewegungsspur macht den Ablauf anschaulich. Im Diagramm lässt sich die Geschwindigkeitsänderung anschließend direkt berechnen.
Die gestrichelte Linie zeigt den vollständigen Verlauf, die dicke Linie den ausgewählten Abschnitt. Eine steigende Linie bedeutet zunehmende Geschwindigkeit, eine waagerechte Linie konstante Geschwindigkeit und eine fallende Linie abnehmende Geschwindigkeit. Die mittlere Beschleunigung des Abschnitts ist das Verhältnis von zu .
Das Vorzeichen der Beschleunigung ist nur zusammen mit der gewählten positiven Richtung aussagekräftig. In diesem eindimensionalen Beispiel sei die Richtung nach rechts positiv.
| Beschleunigungszeichen | Geschwindigkeitsänderung | Lesen mit rechts als positiv |
|---|---|---|
| Geschwindigkeit nimmt in positiver Richtung zu | ||
Die letzte Zeile ist leicht misszuverstehen: Eine negative Beschleunigung bedeutet nicht automatisch, dass sich das Objekt nach links bewegt. Sie bedeutet, dass die Geschwindigkeitsänderung in die negative Achsenrichtung zeigt.
Angenommen, ein Auto ändert seine Geschwindigkeit in von auf . Seine mittlere Beschleunigung beträgt:
Dieses Ergebnis bedeutet, dass die Geschwindigkeit jede Sekunde um zunimmt. Bei konstanter Beschleunigung entsteht die Folge , , und so weiter.
Da dieses Beispiel eine konstante Beschleunigung voraussetzt, gilt derselbe Wert zu jedem Zeitpunkt. Vergleiche das mit einem Auto, dessen Geschwindigkeit sich in von auf ändert.
Der Wert bedeutet, dass die Geschwindigkeit jede Sekunde um abnimmt, wenn sich das Auto noch in positiver Richtung bewegt.
Wenn gilt, ändert sich die Geschwindigkeit des Objekts nicht. Das Objekt muss deshalb nicht ruhen. Es kann sich weiterhin mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegen, zum Beispiel mit nach rechts.
Für die Beurteilung müssen wir daher zusätzlich die Geschwindigkeit betrachten. Bei und ruht das Objekt. Bei und bewegt es sich geradlinig mit konstanter Geschwindigkeit.
| Geschwindigkeit bleibt konstant |
| Die Geschwindigkeit nimmt ab, wenn sich das Objekt immer noch in positiver Richtung bewegt |
