Bewegung mit Diagrammen beschreiben — Physik, 14–17 Jahre
Orts-Zeit- und Geschwindigkeits-Zeit-Diagramme machen aus einer Fahrt ein Bild. Steigungen und Flächen zeigen, wie sich ein Körper bewegt, ohne jeden Zeitpunkt einzeln darzustellen.
Was die Diagramme bedeuten
Ein Orts-Zeit-Diagramm zeigt, wo sich ein Körper zu jedem Zeitpunkt befindet. Eine steilere Linie bedeutet höhere Geschwindigkeit, eine waagrechte Linie Stillstand. Im Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm gibt die Steigung die Beschleunigung und die Fläche darunter die zurückgelegte Strecke an.
Warum Diagramme verwenden?
Eine Messwertliste kann das Muster einer Fahrt verbergen. Wissenschaftler brauchten eine schnelle Möglichkeit, Anfahren, Anhalten und Beschleunigen zu vergleichen, und trugen deshalb Ort oder Geschwindigkeit gegen die Zeit auf. Das Diagramm erlaubt Schätzungen zwischen Messpunkten und zeigt die Einheiten.
Durchgerechnetes Beispiel
Die Geschwindigkeit eines Radfahrers steigt in 3 s von 0 auf 6 m/s und bleibt dann 2 s lang bei 6 m/s. Zuerst ist die Beschleunigung die Steigung: 6 ÷ 3 = 2 m/s². Die Strecke ist die Dreiecksfläche ½ × 3 × 6 = 9 m plus die Rechtecksfläche 2 × 6 = 12 m. Insgesamt: 21 m.
Der häufige Fehler
Oft wird die Höhe eines Geschwindigkeits-Zeit-Diagramms mit der Strecke verwechselt. Das ist verständlich, weil ein höheres Diagramm nach mehr Bewegung aussieht. Die Höhe ist aber die Geschwindigkeit zu einem Zeitpunkt; die Strecke ist die gesamte Fläche darunter, daher zählt auch die Zeit.
Wo es verwendet wird
Fahrradcomputer und Sportuhren zeichnen die Geschwindigkeit über der Zeit auf und zeigen so die Anstrengung einer Strecke. Ingenieure verwenden solche Diagramme, um Aufzüge, Züge und Autos zu prüfen und sichere, angenehme Beschleunigungen zu erreichen. GPS-Apps ergänzen oft Orts-Zeit-Daten zum Vergleichen von Fahrten.
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