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Im Alltag bezeichnet Dimension oft eine räumliche Größe wie Länge, Breite oder Höhe. In der Physik hat Dimension eine genauere Bedeutung: Sie zeigt, aus welchen Grundgrößen sich eine physikalische Größe zusammensetzt.
Schraubenlänge, Mutterdurchmesser, Kugelradius und zurückgelegter Weg können zum Beispiel in unterschiedlichen Einheiten angegeben werden. Trotzdem gehören sie alle zur gleichen Größenart.
Eine Dimension nennt nicht den gemessenen Wert. Sie verrät die physikalische Art hinter diesem Wert.
Die Darstellung unten konzentriert sich auf die Längendimension. Wechsle von der Länge zur Fläche und anschließend zum Volumen. Beobachte dabei, wie aus einem Längenfaktor , und schließlich wird.
Das Internationale Einheitensystem, kurz SI, verwendet Grundgrößen. In der Dimensionsanalyse bilden sie ein Alphabet, aus dem sich weitere Größen zusammensetzen lassen.
| Grundgröße | Beispielsymbol | Dimension |
|---|---|---|
| Länge | ||
| Masse | ||
| Zeit | ||
| Elektrischer Strom | ||
| Thermodynamische Temperatur | ||
| Stoffmenge | ||
| Lichtstärke |
Eckige Klammern unterscheiden Dimensionen von Einheiten. So bezeichnet die Dimension Länge, während für die Einheit Meter steht.
Bei einer Dimensionsanalyse ersetzt man jede Größe in der Formel durch ihre Dimension und vereinfacht anschließend die Potenzen.
Auf dieselbe Weise lassen sich Kraft, Arbeit und Leistung als Dimensionsstrukturen lesen.
Mit Dimensionen lässt sich prüfen, ob eine Formel überhaupt stimmen kann. Größen, die addiert werden, müssen dieselbe Dimension besitzen.
Betrachte die Wegformel für eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung:
Ersetze nun jeden Term durch seine Dimension:
Beide Terme auf der rechten Seite haben die Dimension . Die Formel besteht damit die Dimensionsprüfung. Das beweist noch nicht, dass sie vollständig korrekt ist, schließt aber viele unmögliche Formeln sofort aus.
Schraube und Mutter sind kleine Gegenstände, an denen dennoch mehrere Größen gemessen werden können. Für ein einziges Objekt können deshalb unterschiedliche Messwerkzeuge nötig sein.
| Was wird überprüft | Passendes Werkzeug | Dimension |
|---|---|---|
| Schraubenlänge | Lineal oder Messschieber | |
| Außendurchmesser | Messschieber oder Mikrometerschraube | |
| Querschnittsfläche | berechnet aus Durchmesser | |
| Materialvolumen | berechnet aus der räumlichen Größe | |
| Masse | Waage | |
| Dichte | Masse geteilt durch Volumen |
Zwei Geräte können also dieselbe Dimension messen und trotzdem für verschiedene Situationen gedacht sein. Für eine größere Länge ohne hohe Genauigkeitsanforderung genügt ein Lineal. Bei einem kleinen Durchmesser, der genauer abgelesen werden muss, eignet sich ein Messschieber oder eine Mikrometerschraube besser.
Eine ausführliche fachliche Einordnung bietet OpenStax im Abschnitt Dimensional Analysis.
