Wenn sich ein Objekt von einem Startpunkt zu einem Endpunkt bewegt, können zwei Größen ähnlich klingen, aber unterschiedliche Bedeutungen haben: Wegstrecke und Verschiebung.
Die ist die Gesamtlänge des zurückgelegten Weges. Macht der Weg eine Kurve, zählt jeder Abschnitt dieser Kurve mit. Die ist dagegen die Positionsänderung vom Anfang bis zum Ende. Sie hängt nur von Startpunkt, Endpunkt und Richtung ab.
Wegstrecke
Verschiebung
sΔr=Wegla¨nge=rEnde−rStart
Dabei bedeutet s die gesamte Weglänge, während Δr die Positionsänderung vom Anfang bis zum Ende bedeutet.
Bei einer zweidimensionalen Bewegung wird die Verschiebung als gerade Linie vom Startpunkt zum Endpunkt gezeichnet.
Für die Wegstrecke werden alle tatsächlich zurückgelegten Abschnitte addiert. Die Verschiebung misst nur die Änderung vom Startpunkt zum Endpunkt.
Pfadlänge und Verschiebung
Wähle eine Route und vergleiche den zurückgelegten Weg mit der geradlinigen Verschiebung vom Start zum Ziel.
Zurückgelegte Wegstrecke
s=7 m
Größe der Verschiebung
∣Δr∣=5 m
Verschiebungsvektor
Δr=4i^+3j^ m
Was ändert sich
Die Wegstrecke ist länger, weil das Auto der Kurve folgt.
Vergleiche zwei Wege, auf denen ein Objekt vom selben Startpunkt zum selben Ziel gelangt. Auf der geraden Route ist die Wegstrecke genauso groß wie der Betrag der Verschiebung. Ein Umweg verlängert die Wegstrecke, während die Verschiebung weiterhin durch die Gerade vom Start zum Ziel bestimmt wird.
Wähle in der Simulation zuerst die Route mit Kurve und dann die Rückkehr zum Start. Vergleiche Wegstrecke und Verschiebungsbetrag. Bei der Rückkehr hat der zurückgelegte Weg weiterhin eine Länge, während die Verbindung zwischen Anfangs- und Endposition die Länge null hat.
Verschiebung ist eine Vektorgröße. Das bedeutet, dass die Verschiebung Betrag und Richtung hat. Für das Beispiel 4 m nach Osten und dann 3 m nach Süden ist der Verschiebungsbetrag die Länge der geraden Verbindung vom Anfang bis zum Ende:
∣Δr∣=(4 m)2+(3 m)2=16+9 m=25 m=5 m
Die Richtung der Verschiebung zeigt geradlinig vom Startpunkt zum Endpunkt.
Wenn ein Objekt eine Runde zurücklegt und zum Startpunkt zurückkehrt, ist die Wegstrecke nicht null, da ein Weg zurückgelegt wurde. Die Verschiebung ist jedoch null, weil Anfangs- und Endposition gleich sind.
Fahrt
Wegstrecke
Verschiebung
Vom Anfang bis zum Ziel auf geradem Weg
gleich der Geraden
Linie von Anfang bis Ende
Vom Anfang bis zum Ziel auf Umwegen
länger
immer noch die Linie von Anfang bis Ende
Rund um eine Schleife zurück zum Start
nicht Null
0
Die Wegstrecke gibt somit die Länge des tatsächlich zurückgelegten Weges an, während die Verschiebung die gesamte Positionsänderung beschreibt.
Ein Schüler geht 8 m nach Osten und dann 6 m nach Norden. Die zurückgelegte Strecke beträgt:
s=8 m+6 m=14 m
Der Verschiebungsbetrag beträgt:
∣Δr∣=(8 m)2+(6 m)2=64+36 m=100 m=10 m
Die Wegstrecke beträgt 14 m, der Betrag der Verschiebung dagegen 10 m. Die Werte unterscheiden sich, weil der tatsächlich zurückgelegte Weg nicht mit der geraden Verbindung vom Start zum Ziel übereinstimmt.