Weg-Zeit-Diagramm, Geschwindigkeit-Zeit-Diagramm & Beschleunigung-Zeit-Diagramm der gleichförmigen Bewegung
Eine gleichförmige Bewegung als Begriff der Physik (auch gleichförmige Translation oder gleichförmige geradlinige Bewegung) ist eine Bewegung mit gleichbleibender Geschwindigkeit und gleichbleibender Richtung.[1] Ist das Bezugssystem, in dem die gleichförmige Bewegung eines Objekts beobachtet wird, ein Inertialsystem, so folgt aus dem Trägheitsprinzip, dass auf das Objekt keine äußere Kraft wirkt.[2][3] Der Zustand, in dem ein Körper in Ruhe verharrt, kann als gleichförmige Bewegung des Körpers mit der Geschwindigkeit Null aufgefasst werden.
Da die Geschwindigkeit ein Vektor ist, bedeutet Konstanz der Geschwindigkeit, dass sich weder der Betrag der Geschwindigkeit noch die Bewegungsrichtung ändert. Um die gleichförmige Bewegung besser von der gleichförmigen Kreisbewegung, bei der lediglich der Betrag der Geschwindigkeit konstant ist, unterscheiden zu können, wird sie auch „geradlinig gleichförmige Bewegung“ genannt.[4] Die gleichförmige Bewegung ist somit ein Spezialfall einer gleichmäßig beschleunigten Bewegung mit der Beschleunigung Null.
Bei einer gleichförmigen Bewegung gilt für die im Zeitraum Δt{\displaystyle \!\ \Delta t}
Δt{\displaystyle \!\ \Delta t} wird verwendet, weil man hier keine absolute Zeit einsetzt (z. B.: 4. November 14:00 Uhr), sondern nur die Länge eines Zeitraums bzw. eine Zeitdifferenz, beispielsweise 10 min.
Die während der Zeitdifferenz Δt{\displaystyle \!\ \Delta t} zurückgelegte Strecke Δs{\displaystyle \!\ \Delta s} lässt sich in diesem Fall berechnen durch Δs=v⋅Δt{\displaystyle \Delta s=v\cdot \Delta t}
Vektoriell formuliert gelten folgende Gesetze:[5]
Weg-Zeit-Gesetz:r→(t)=v→0⋅t+r→0{\displaystyle {\vec {r}}(t)={\vec {v}}_{0}\cdot t+{\vec {r}}_{0}}Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz:Die Geschwindigkeit ist die erste Ableitung des Weges nach der Zeit.
v→(t)=v→0=r→˙(t)=konst.{\displaystyle {\vec {v}}(t)={\vec {v}}_{0}={\dot {\vec {r}}}(t)={\text{konst.}}\,} (definitionsgemäß)Beschleunigungs-Zeit-Gesetz:Die Beschleunigung ist die zweite Ableitung des Weges nach der Zeit.
a→(t)=a→=v→˙(t)=r→¨(t)=0{\displaystyle {\vec {a}}(t)={\vec {a}}={\dot {\vec {v}}}(t)={\ddot {\vec {r}}}(t)=0}Dabei bezeichnen:
r→0{\displaystyle {\vec {r}}_{0}} = Ortsvektor zur Zeit t=0{\displaystyle t=0}v→0{\displaystyle {\vec {v}}_{0}} = (konstante) Geschwindigkeit,a→{\displaystyle {\vec {a}}} = Beschleunigung und t{\displaystyle \!\ t} = Zeit.Bei Anwendung der Gleichungen auf Bewegungen, die nicht den Gesetzmäßigkeiten gleichförmiger Bewegungen entsprechen, wird die Durchschnittsgeschwindigkeit bestimmt.
Unbeschleunigte Bewegung: Der Körper bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit, d. h. Betrag und Richtung der Geschwindigkeit sind konstant. Eine solche unbeschleunigte Bewegung führt z. B. ein Auto aus, das auf einer geraden Strecke mit einer bestimmten Geschwindigkeit fährt.
Beschleunigte Bewegung: Der Körper bewegt sich mit veränderlicher Geschwindigkeit, d. h. Betrag oder Richtung der Geschwindigkeit oder beides sind nicht konstant. So verändert z. B. eine anfahrende Straßenbahn den Betrag der Geschwindigkeit. Sie wird schneller und führt damit eine beschleunigte Bewegung aus.
Bei einer Kurvenfahrt mit konstantem Betrag der Geschwindigkeit ändert sich die Richtung der Geschwindigkeit. Auch in diesem Fall bewegt sich der betreffende Körper beschleunigt.
Vergrößert sich bei einer geradlinigen Bewegung der Betrag der Geschwindigkeit, so spricht man von einer beschleunigten Bewegung oder von einer Bewegung mit positiver Beschleunigung. Typische Beispiele dafür sind Anfahrvorgänge von Fahrzeugen. Verkleinert sich dagegen der Betrag der Geschwindigkeit, so spricht man manchmal von einer verzögerten Bewegung oder von einer Bewegung mit negativer Beschleunigung oder mit einer Verzögerung. Typische Beispiele dafür sind Bremsvorgänge bei Fahrzeugen.
Der historisch eingeführte Begriff gleichförmige Kreisbewegung meint eine Bewegung eines Körpers auf einer Kreisbahn mit konstantem Betrag der Geschwindigkeit. In diesem Falle ändert aber die Geschwindigkeit ständig ihre Richtung (Bild 3). Eine gleichförmige Kreisbewegung ist eine beschleunigte Bewegung, da sich die Richtung der Geschwindigkeit ständig ändert.