Basiswissen

Misst man die Strecke, die ein Gegenstand oder Körper in einer bestimmten Zeit zurücklegt, und teilt man anschließend die Länge der zurückgelegten Strecke durch die dafür benötigte Zeit, ist das Ergebnis die Geschwindigkeit. Das entsprechende Messverfahren wird hier als Translations-Methode bezeichnet.

Beispiel: Strandschnecke

Auf dem sandigen Boden an der deutschen Nordseeküste lebt die sogenannte Strandschnecke. Sie kriecht langsam über den Untergrund und raspekt dabei mit ihrer Zunge Algenbewuchs ab. Das ist ihre Nahrung.

Die Wattschnecke in diesem kurzen Film legt tatsächlich ziemlich genau 3 Zentimeter oder 30 Millimeter in recht genau 30 Sekunden zurück. Ihre Geschwindigkeit ist damit recht genau auch 1 mm/s.

Um die Geschwindigkeit einer solchen Strandschnecke zu messen, kann man sie an einem Maßband entlang kriechen lassen. Zunächst misst man die zurückgelegte Strecke (z. B. 30 Millimeter) und die dafür benötigte Zeit (z. B. 30 Sekunden). Anschließen verteilt man durch eine mathematische Division die gemessenen Streckeneinheiten gleichmäßig auf die dafür benötigten Zeiteinheiten. Im Beispiel rechnet man: 30 Millimeter geteilt durch 30 Sekunden. Das Ergebnis ist dann 1 Millimeter pro Sekunden oder kurz 1 mm/s. Das ist die gesuchte Geschwindigkeit in der Einheit Millimeter pro Sekunde.

Die Wahl eines festen Bezugspunktes

In der praktischen Anwendung muss man noch entscheiden, welchen Punkt des sich bewegenden Objektes man für die Messung verwendet. Wenn ein Zug über eine Schienenstrecke von zum Beispiel 100 Metern fahren soll, so kann man irgendeinen Punkt des Zuges wählen, es muss aber für den Anfang und das Ende der Mess-Strecke immer derselbe Punkt sein. Das kann zum Beispiel der vorderste Punkt der Lok, aber auch das hintere Ende des Zuges oder festgelegter Punkt auf irgendeinem der Waggons sein.

Behandlung von Kurven oder Knicken

Für ausgedehnte Objekte mit einer Länge, Fläche oder einem Volumen muss man bei einer Bewegung mit Knicken und Kurven beachten, dass die Teile des Objektes die "weiter außerhalb" auf der gekrümmten Bahn laufen, schneller sind als die Teile, die weiter innen liegen. Wenn etwa ein Zug mit hoher Geschwindigkeit um eine enge Kurve fährt dann drehen sich die äußeren Räder erheblich schneller als die inneren Räder. Soll dieser Unterschied mitgedacht werden, so betrachtet man die unterschiedlichen Geschwindigkeit der unterschiedlichen Teile des Körpes als je eine eigene Kreisbewegung ↗

Zur Namensgebung: Translation

Als Translation bezeichnet man die Bewegung eines Objektes (Gegenstände, Lebewesen, sonstige Dinge), wenn sich alle Teile des Objektes dabei immer nur auf geraden Linien bewegen, die zueinander parallel sind. Immer wenn das gegeben ist, kann man zur Messung der Geschwindigkeit die Translations-Methode ohne weitere Einschränkungen oder Sonderfälle in Erwägung ziehen. Siehe auch Translation ↗

Weitere Beispiele

Rote Waldameisen benötigten zum Ablaufen von 70 Zentimetern an einem Maßband rund 40 Sekunden. Damt kann man eine durchschnittliche Geschwindigkeit über diese Strecke und über diesen Zeitraum berechnen.

Rote Waldameisen wechseln bei längeren Laufstrecken immer wieder zwischen kurzen und schnellen Sprints einerseits und kurzen Pausen andererseits. Während eines Sprint legte eine der Ameisen zum Beispiel 1,8 Zentimeter in 0,3 Sekunden zurück. Daraus kann man die Geschwindigkeit während eines Sprints berechnen.

Herabfallende Wassertropfen erzeugen in einem ruhigen Teich sogenannte Impaktwellen. Eine dieser Wellen benötigte für eine Strecke von etwa 20 Zentimeter rund 0,64 Sekunden.

Ein kleines Passagierflugzeug mit zwei Propellern benötigte kurz vor dem Abheben auf der Startbahn rund 0,5 Sekunden für eine Strecke von etwa 18 Metern. Die Strecke konnte über markierte Mittelstreifen auf der Startbahn abgeschätzt werden. Damit kann man die ungefähre Geschwindigkeit abschätzen, mit der dieser Typ von Flugzeug abhebt. Ein Pilot der Inselflieger sprach von 55 bis 60 Knoten. Passt das zu der Messung hier?

Kleine mit einem schwingenden Stab erzeugte Wasserwellen in einem Gezeitentümpel ohne nennenswerte Strömung laufen an einer Schwimm-Nudel als Mess-Strecke entlang. Für eine Strecke von 140 Zentimetern benötigten sie etwa 5 Sekunden. Damit kann mit die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Wellen im Wasser bestimmen. Die Geschwindigkeit von Wellen spielt eine große Rolle in der Physik elektromagnetischer Strahlung sowie auch der Relativitätstheorie von Albert Einstein.

Kleine Wellen in einem Priel mit einer Strömung von etwa 26 cm/s Geschwindigkeit. Mit fallenden Wassertropfen erzeugte künstliche Wellen bewegten sich dann in Richtung der Strömung etwa 60 Zentimeter weit in 1,6 Sekunden fort. Hier scheinen sich die Geschwindigkeiten der Strömung sowie der Wellen innerhalb der Strömung mehr oder minder zu addieren.

Fußnoten

[1] Als Translation bezeichnet man die Bewegung eines Körpes, wenn sich alle seine Teile auf geraden und zueinander parallelen Bahnen bewegen. Ist die betrachtete Bewegung nicht geradlinig, wie etwa bei der Fahrt einer Lok in einer Kurve, so muss man beachten, dass die Teile am Außenradius sich schneller bewegen als die Teile näher am Mittelpunkt. Siehe auch Translation ↗