Wie lauten die Formeln zur Berechnung von Strecke und Zeit bei geradlinig gleichförmiger Bewegung?

Question

Wie lauten die Formeln zur Berechnung von Strecke und Zeit bei geradlinig gleichförmiger Bewegung?

Antwort

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Beschreibe die Zeitdilatation?

Was gibt die Geschwindigkeit an?

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Was vereinfacht man in welchen Fällen bei der Beschreibung von Bewegungen?

Was ist das Formelzeichen für Bewegung?

Ist es ein Widerspruch, dass Zeit laut einer These keine physikalische Größe ist, aber in der SRT mit dem Raum verschmilzt?

Was ist die Funktion eines Referenzrahmens?

Wie verhält sich ein hochgeworfener Körper im fahrenden Zug?

Gibt es Vorgänge, die mit negativer Zeit ablaufen?

Erklärt ein Modell mit logarithmierter Zeit, warum der Urknall unendlich weit zurückliegt und beantwortet das Fragen zur Zeit vor dem Urknall?

Accepted Answer

Bei einer geradlinig gleichförmigen Bewegung gilt: **Strecke (s):** \( s = v \cdot t \) **Zeit (t):** \( t = \frac{s}{v} \) Dabei ist \( s \) = zurückgelegte Strecke (in Metern, m) \( v \) = konstante Geschwindigkeit (in Metern pro Sekunde, m/s) \( t \) = benötigte Zeit (in Sekunden, s)

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Die Zeitdilatation ist ein Konzept aus der Relativitätstheorie, das beschreibt, wie die Zeit für einen Beobachter unterschiedlich schnell vergeht, abhängig von seiner Geschwindigkeit od... [mehr]

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Die Zeitdilatation ist ein Konzept aus der Relativitätstheorie, das beschreibt, wie die Zeit für einen Beobachter unterschiedlich schnell vergeht, abhängig von seiner Geschwindigkeit oder dem Gravitationsfeld, in dem er sich befindet. Es gibt zwei Hauptarten der Zeitdilatation: 1. **Lorentz-Zeitdilatation**: Diese tritt auf, wenn sich ein Objekt relativ zu einem anderen Objekt mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt. Nach der speziellen Relativitätstheorie von Albert Einstein vergeht die Zeit für das sich bewegende Objekt langsamer im Vergleich zu einem ruhenden Beobachter. Dies bedeutet, dass eine Uhr, die sich schnell bewegt, weniger Zeit anzeigt als eine Uhr, die sich in Ruhe befindet. 2. **Gravitationszeitdilatation**: Diese Form der Zeitdilatation tritt in starken Gravitationsfeldern auf, wie sie beispielsweise in der Nähe von massiven Objekten wie Planeten oder Sternen vorkommen. Laut der allgemeinen Relativitätstheorie vergeht die Zeit langsamer in einem starken Gravitationsfeld im Vergleich zu einem schwächeren Gravitationsfeld. Das bedeutet, dass eine Uhr, die sich in der Nähe eines massiven Körpers befindet, langsamer tickt als eine Uhr, die sich weiter entfernt befindet. Beide Formen der Zeitdilatation haben weitreichende Auswirkungen auf die Physik und wurden durch zahlreiche Experimente bestätigt, wie zum Beispiel durch die Messung von Zeitunterschieden bei hochfliegenden Atomuhren oder bei Teilchen, die sich mit relativistischen Geschwindigkeiten bewegen.

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Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt in einer bestimmten Zeitspanne bewegt. Sie beschreibt also, welche Strecke in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird. Die gebräuchli... [mehr]

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Die Geschwindigkeit gibt an, wie schnell sich ein Objekt in einer bestimmten Zeitspanne bewegt. Sie beschreibt also, welche Strecke in einer bestimmten Zeit zurückgelegt wird. Die gebräuchliche Einheit für Geschwindigkeit ist Meter pro Sekunde (m/s) oder Kilometer pro Stunde (km/h).

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Die drei Newtonschen Gesetze (auch Newtonsche Axiome genannt) lauten: 1. **Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Gesetz):** Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger geradliniger... [mehr]

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Die drei Newtonschen Gesetze (auch Newtonsche Axiome genannt) lauten: 1. **Trägheitsgesetz (1. Newtonsches Gesetz):** Ein Körper bleibt in Ruhe oder in gleichförmiger geradliniger Bewegung, solange keine Kraft auf ihn einwirkt. 2. **Aktionsprinzip (2. Newtonsches Gesetz):** Die Änderung der Bewegung (Beschleunigung) eines Körpers ist proportional zur einwirkenden Kraft und erfolgt in deren Richtung. Mathematisch: **F = m · a** (Kraft = Masse × Beschleunigung) 3. **Reaktionsprinzip (3. Newtonsches Gesetz):** Übt ein Körper A auf einen Körper B eine Kraft aus, so übt Körper B auf Körper A eine gleich große, aber entgegengesetzt gerichtete Kraft aus. (Actio = Reactio) Weitere Informationen findest du z.B. bei [Wikipedia – Newtonsche Gesetze](https://de.wikipedia.org/wiki/Newtonsche_Gesetze).

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Bei der Beschreibung von Bewegungen vereinfacht man häufig, um komplexe reale Situationen mathematisch oder physikalisch besser handhabbar zu machen. Typische Vereinfachungen und die jeweiligen A... [mehr]

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Bei der Beschreibung von Bewegungen vereinfacht man häufig, um komplexe reale Situationen mathematisch oder physikalisch besser handhabbar zu machen. Typische Vereinfachungen und die jeweiligen Anwendungsfälle sind: 1. **Punktförmige Körper (Massenpunkt):** Man betrachtet den bewegten Körper als Punkt, wenn seine Ausdehnung im Vergleich zur zurückgelegten Strecke oder zur Umgebung vernachlässigbar ist. *Beispiel:* Ein Auto auf einer langen, geraden Straße. 2. **Reibungsfreiheit:** Reibungskräfte werden oft ignoriert, wenn sie im Vergleich zu anderen Kräften sehr klein sind oder um Grundprinzipien zu erklären. *Beispiel:* Kugel rollt auf einer ideal glatten Bahn. 3. **Geradlinige Bewegung:** Man nimmt an, dass die Bewegung auf einer geraden Linie erfolgt, wenn die Bahnkrümmung sehr gering ist oder nicht relevant für die Fragestellung. *Beispiel:* Fallbewegung eines Körpers aus geringer Höhe. 4. **Konstante Geschwindigkeit oder konstante Beschleunigung:** Die Geschwindigkeit oder Beschleunigung wird als konstant angenommen, wenn sich die Kräfte nicht oder nur wenig ändern. *Beispiel:* Freier Fall ohne Luftwiderstand (konstante Beschleunigung durch die Schwerkraft). 5. **Vernachlässigung des Luftwiderstands:** Luftwiderstand wird ignoriert, wenn er im Vergleich zu anderen Kräften sehr klein ist. *Beispiel:* Fall eines schweren Balls aus geringer Höhe. 6. **Starre Körper:** Man nimmt an, dass sich der Körper bei der Bewegung nicht verformt, wenn die auftretenden Kräfte klein sind oder die Verformung keinen Einfluss auf die Bewegung hat. *Beispiel:* Bewegung eines Lineals auf einem Tisch. Diese Vereinfachungen helfen, die Grundprinzipien der Mechanik zu verstehen und mathematisch zu beschreiben. In komplexeren oder realitätsnäheren Modellen werden diese Annahmen dann schrittweise aufgehoben.

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Es gibt kein allgemeines Formelzeichen speziell für „Bewegung“, da Bewegung ein physikalisches Phänomen ist, das durch verschiedene Größen beschrieben wird. Typische F... [mehr]

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Es gibt kein allgemeines Formelzeichen speziell für „Bewegung“, da Bewegung ein physikalisches Phänomen ist, das durch verschiedene Größen beschrieben wird. Typische Formelzeichen im Zusammenhang mit Bewegung sind: - **s** für Weg (Strecke) - **v** für Geschwindigkeit - **a** für Beschleunigung - **t** für Zeit Je nachdem, welche Art von Bewegung gemeint ist (z. B. gleichförmige oder beschleunigte Bewegung), werden diese Größen in Formeln verwendet. Ein einzelnes Formelzeichen für „Bewegung“ existiert jedoch nicht.

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Die These, dass Zeit keine „wirkliche“ physikalische Größe sei, stammt meist aus philosophischen oder interpretationsbezogenen Diskussionen der Physik. In der Physik selbst, ins... [mehr]

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Die These, dass Zeit keine „wirkliche“ physikalische Größe sei, stammt meist aus philosophischen oder interpretationsbezogenen Diskussionen der Physik. In der Physik selbst, insbesondere in der Speziellen Relativitätstheorie (SRT), ist Zeit jedoch eine fundamentale Größe: Sie ist – zusammen mit dem Raum – Teil des vierdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuums. In der SRT werden Raum und Zeit mathematisch gleichberechtigt behandelt und zu einer Einheit, der Raumzeit, zusammengefasst. Ereignisse werden durch vier Koordinaten beschrieben: drei für den Raum, eine für die Zeit. Die Unterscheidung zwischen Raum und Zeit ist dabei nicht absolut, sondern hängt vom Bewegungszustand des Beobachters ab. Der scheinbare Widerspruch löst sich auf, wenn man die unterschiedlichen Ebenen betrachtet: - **Philosophisch/metaphysisch:** Hier wird diskutiert, ob Zeit „an sich“ existiert oder nur eine Folge von Veränderungen ist, die wir wahrnehmen. Manche vertreten die Ansicht, dass Zeit nur ein mentales Konstrukt ist. - **Physikalisch/mathematisch:** In der SRT ist Zeit eine messbare, mathematisch exakt definierte Größe, die mit dem Raum zu einer vierdimensionalen Struktur verschmilzt. Die Gleichungen der Physik funktionieren nur, wenn Zeit als physikalische Größe behandelt wird. Fazit: In der Physik, insbesondere in der Relativitätstheorie, ist die Zeit eine reale, messbare Größe, die mit dem Raum zur Raumzeit verschmilzt. Die philosophische Frage nach der „Wirklichkeit“ der Zeit ist davon unabhängig und kein Widerspruch zur physikalischen Behandlung in der SRT.

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Ein Referenzrahmen dient dazu, Beobachtungen, Messungen oder Analysen in einen bestimmten Kontext zu setzen. In der Physik bezeichnet ein Referenzrahmen beispielsweise ein Koordinatensystem, von dem a... [mehr]

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Ein Referenzrahmen dient dazu, Beobachtungen, Messungen oder Analysen in einen bestimmten Kontext zu setzen. In der Physik bezeichnet ein Referenzrahmen beispielsweise ein Koordinatensystem, von dem aus Bewegungen und Positionen von Objekten beschrieben werden. In anderen Bereichen, wie der Pädagogik oder den Sozialwissenschaften, ist ein Referenzrahmen ein Bezugs- oder Orientierungsrahmen, der hilft, Begriffe, Standards oder Kompetenzen einzuordnen und zu vergleichen (z.B. der Gemeinsame Europäische Referenzrahmen für Sprachen). Zusammengefasst: Die Funktion eines Referenzrahmens besteht darin, Vergleichbarkeit, Orientierung und Verständlichkeit zu schaffen, indem er als Bezugsgröße für Beobachtungen, Bewertungen oder Messungen dient.

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Ein hochgeworfener Körper im fahrenden Zug bewegt sich aus Sicht eines Mitfahrenden genauso, als ob der Zug stehen würde: Der Körper fliegt senkrecht nach oben und fällt wieder in... [mehr]

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Ein hochgeworfener Körper im fahrenden Zug bewegt sich aus Sicht eines Mitfahrenden genauso, als ob der Zug stehen würde: Der Körper fliegt senkrecht nach oben und fällt wieder in die Hand zurück. Das liegt daran, dass der Körper beim Hochwerfen bereits die Geschwindigkeit des Zuges besitzt (er bewegt sich also mit dem Zug mit). Während des Fluges behält er diese Geschwindigkeit bei (Trägheitsgesetz), sofern keine äußeren Kräfte wie Luftzug durch ein offenes Fenster wirken. Aus Sicht eines außenstehenden Beobachters (z. B. jemand, der am Bahnsteig steht), bewegt sich der Körper jedoch während des Hochwerfens weiterhin mit der Geschwindigkeit des Zuges nach vorne und beschreibt eine Parabel. Voraussetzung für dieses Verhalten ist, dass der Zug gleichmäßig fährt und keine starken Beschleunigungen oder Bremsungen stattfinden und die Fenster geschlossen sind (keine Luftströmung von außen).

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In der Physik bezeichnet „negative Zeit“ in der Regel eine Umkehrung der Zeitrichtung, also Prozesse, die rückwärts in der Zeit ablaufen. Im Alltag und in der klassischen Physik... [mehr]

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In der Physik bezeichnet „negative Zeit“ in der Regel eine Umkehrung der Zeitrichtung, also Prozesse, die rückwärts in der Zeit ablaufen. Im Alltag und in der klassischen Physik beobachten wir solche Vorgänge nicht: Die Zeit scheint immer nur in eine Richtung zu verlaufen – von der Vergangenheit in die Zukunft. Das nennt man auch den „Zeitpfeil“. Allerdings gibt es in bestimmten physikalischen Theorien und Experimenten interessante Aspekte dazu: 1. **Zeitumkehrsymmetrie (T-Symmetrie):** Viele physikalische Grundgesetze (z. B. die Bewegungsgleichungen der klassischen Mechanik oder der Quantenmechanik) sind zeitumkehrsymmetrisch. Das heißt, sie würden auch dann gelten, wenn die Zeit rückwärts liefe. In der Realität beobachten wir aber makroskopisch keine Prozesse, die exakt rückwärts ablaufen (z. B. dass ein zerbrochenes Glas von selbst wieder ganz wird). 2. **Entropie und der zweite Hauptsatz der Thermodynamik:** Der zweite Hauptsatz besagt, dass die Entropie (Unordnung) in einem abgeschlossenen System niemals abnimmt. Das ist der Grund, warum wir keine Prozesse mit „negativer Zeit“ sehen: Sie wären extrem unwahrscheinlich, weil sie eine Abnahme der Entropie bedeuten würden. 3. **Quantenmechanik:** In der Quantenmechanik gibt es mathematische Lösungen, die einer negativen Zeitrichtung entsprechen. In der Praxis werden diese aber meist als „virtuelle Prozesse“ oder als mathematische Hilfsmittel interpretiert. 4. **Antiteilchen und Feynman-Diagramme:** In der Teilchenphysik kann man Antiteilchen als Teilchen interpretieren, die sich rückwärts in der Zeit bewegen. Das ist aber eine mathematische Interpretation und bedeutet nicht, dass wir tatsächlich Vorgänge mit negativer Zeit beobachten. **Fazit:** Im Alltag und in der beobachtbaren Natur gibt es keine Vorgänge, die mit negativer Zeit ablaufen. In der theoretischen Physik gibt es jedoch Modelle und Interpretationen, in denen eine Umkehrung der Zeitrichtung eine Rolle spielt – diese sind aber meist nicht direkt beobachtbar. Weitere Informationen findest du z. B. bei [Spektrum.de: Zeitumkehr](https://www.spektrum.de/lexikon/physik/zeitumkehr/14860).

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Wenn du ein Modell verwendest, in dem die Zeit logarithmiert wird (also z. B. \( t' = \log(t) \)), dann verschiebt sich der Zeitpunkt \( t = 0 \) (der Urknall) im neuen Zeitmaßstab tats&aum... [mehr]

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Wenn du ein Modell verwendest, in dem die Zeit logarithmiert wird (also z. B. \( t' = \log(t) \)), dann verschiebt sich der Zeitpunkt \( t = 0 \) (der Urknall) im neuen Zeitmaßstab tatsächlich gegen minus unendlich (\( t' \to -\infty \)). Das bedeutet: Je näher du dem Urknall kommst, desto weiter „nach hinten“ verschiebt sich dieser Zeitpunkt auf der logarithmischen Skala. Allerdings löst das nicht das physikalische Problem der Zeit „vor“ dem Urknall. Die Frage, was vor dem Urknall war, ist nicht nur eine Frage der Zeitmessung oder der Skala, sondern eine fundamentale Frage der Physik und Kosmologie. Die gängigen Modelle (wie die Allgemeine Relativitätstheorie) beschreiben die Zeit ab dem Urknall, aber nicht davor – weil dort die bekannten physikalischen Gesetze zusammenbrechen (Singularität). Das logarithmische Zeitmodell ist also eine mathematische Umformung, die den Urknall auf der Skala verschiebt, aber keine neue Information über die physikalische Realität vor dem Urknall liefert. Die Frage nach der Zeit „vor“ dem Urknall bleibt damit unbeantwortet, weil sie nicht durch die Wahl der Zeitachse, sondern durch die Grenzen der aktuellen physikalischen Theorien bestimmt wird. Weitere Informationen findest du z. B. bei [Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik](https://www.aei.mpg.de/urknall) oder [Spektrum.de: Was war vor dem Urknall?](https://www.spektrum.de/frage/was-war-vor-dem-urknall/1432342).