3 Bewegungslehre

Alles im Universum verändert sich mit der Zeit. Nichts steht dauerhaft still. In Bild 3.1 siehst du die Lichtspuren von Fahrzeugen auf einer Straße. Bewegung ist eine der offensichtlichsten Veränderungen. Daher beginnen wir unsere Reise durch die Physik mit der Untersuchung von Bewegungen.

Bild 3.1: Lichtspuren von Fahrzeugen – ein Zeichen von Bewegung

Als Bewegung (engl. motion) wird jede Veränderung von Ort und/oder Orientierung eines Körpers bezeichnet. In diesem Teil des Buches geht es um die Bewegungslehre oder Kinematik (engl. kinematics). Die Bezeichnung Kinematik leitet sich von dem altgriechischen Wort κίνημα („kinema“) für Bewegung ab. In diesem grundlegendsten Teilgebiet der Mechanik geht es um die Beschreibung der Bewegung von Punkten mit den Größen Zeit, Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Die Frage, warum sich Körper überhaupt bewegen, heben wir uns dabei für einen späteren Buchteil auf.

Die Kinematik wird in der Astrophysik verwendet, um die Bewegung von Himmelskörpern und Ansammlungen von solchen Körpern zu beschreiben. Im Maschinenbau, in der Robotik und in der Biomechanik wird die Kinematik verwendet, um die Bewegung von Systemen zu beschreiben, die aus miteinander verbundenen Teilen bestehen, wie ein Roboterarm oder das menschliche Skelett.

In der klassischen Kinematik wird davon ausgegangen, dass beliebig hohe Geschwindigkeiten möglich sind. Interessanterweise wirst du im Buchteil über Relativitätstheorie erfahren, dass diese Annahme nicht zutrifft und es in der Natur eine Obergrenze für Geschwindigkeiten gibt.

Außerdem liegt der Kinematik die Annahme zugrunde, dass sich ein Teilchen zu jedem Zeitpunkt an einem bestimmten Ort aufhält. Im letzten Buchteil, in dem es um die Physik von Teilchen in der Größe von Atomen und darunter geht (Quantenmechanik), wirst du sehen, dass auch diese naheliegende Annahme nicht immer zutrifft.