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Überblick

Beschleunigung ist die Änderungsrate eines Objekts während eines bestimmten Zeitraums. Die SI-Einheit wird in Meter pro Quadratsekunde gemessen. Andere Einheiten werden aber auch häufig verwendet. Beschleunigung kann gleichmäßig erfolgen, wie beispielsweise die Beschleunigung eines Objekts im freien Fall, oder variabel, wie Beschleunigung während einer Fahrt.

Beschleunigung ist ein nützliches Konzept beim Design, Bau und Führen von Fahrzeugen. Es ist auch bei der Vorhersage und dem Vermeiden der Auswirkung eines Aufpralls, einer plötzlichen Beschleunigung oder Verlangsamung als Ergebnis einer Einwirkung, wichtig.

Beschleunigung und Federung

Die Auswirkung eines Erdbebens zu berücksichtigen, kann Unfälle verhindern, wenn Gebäude so konstruiert werden, dass sie ihm widerstehen. An Orten, an denen Erdbeben häufig auftreten wie in Japan, werden Gebäude auf Spezialplattformen gebaut, die eine Beschleunigung und Verlangsamung vermeiden. Das Prinzip einer solchen Konstruktion ist ähnlich einer Federung bei Fahrzeugen. Eine einfache Federungsapparatur wird bei Fahrrädern eingesetzt, um die Unannehmlichkeiten aufgrund von Beschleunigung und Verlangsamung auf unebenen Oberflächen zu verringern und Schäden zu verhindern. Federung wird bei Brücken verwendet, um die Beschleunigung auf ein Minimum zu beschränken, die von sich bewegenden Fahrzeugen verursacht wird. Eine Federung ist so auch in Musikstudios sinnvoll. Wenn der Boden schwimmend verlegt wurde, wird die Beschleunigung aus der Umgebung durch Fahrzeuge, Fußgänger usw. verringert. Wenn das Haus bereits ohne Berücksichtigung professioneller Geräuschdämpfung gebaut wurde und nun ein Heimstudio eingebaut werden soll, wird es schwierig, eine Federung zu integrieren. Eine Art, Beschleunigung zu verhindern, ist die Erhöhung der Masse des Raums. Abgehängte Decken sind eine weitere Lösung, da sie nicht ganz so kostspielig wie die Federung des gesamten Raums sind und verhindern, dass die Decke beschleunigt und Geräusche von oben überträgt.

Beschleunigung in der Physik

Das zweite newtonsche Gesetz

Gemäß dem zweiten Gesetz der drei Grundsätze der Bewegung ist die Kraft, die auf einen Körper einwirkt, das Produkt seiner Masse und der Beschleunigung. Dies wird durch die Formel F = ma ausgedrück, wobei F die Kraft (force), m die Masse und a die Beschleunigung (acceleration) sind. Eine Kraft, die auf einen Körper einwirkt, ändert die ursprüngliche Geschwindigkeit, mit der der Körper sich bewegt, indem die Geschwindigkeit erhöht oder vermindert wird, das Objekt also beschleunigt oder verlangsamt wird. Das zweite Gesetzt zeigt, dass diese Änderung der Geschwindigkeit oder Beschleunigung nicht nur von der Größe der Kraft, die den Körper schiebt, abhängt, sondern umgekehrt auch durch die Masse des Körpers beeinflusst wird. Das heißt, wenn die gleiche Kraft auf zwei Objekte A und B einwirkt, wobei B schwerer ist, dann weist B auch eine geringere Beschleunigung auf. Diese Eigenschaft wird auch Massenträgheit genannt. Es ist die Voreinstellung eines Körpers, sich einer Änderung der Beschleunigung zu widersetzen.

Dies zeigt sich im alltäglichen Leben. Beispielsweise tragen Motorradfahrer gepolsterte Anzüge und Helme, weil bei einem Zusammenstoß mit einem Auto sowohl der Motorradfahrer als auch das Motorrad die Geschwindigkeit schneller ändern und mehr beschleunigen als das Auto, da die kombinierte Masse erheblich geringer ist als die des Autos. Dadurch kann der Motorradfahrer eventuell durch die Luft geschleudert werden und schwere Verletzungen erleiden, während der Fahrer des Autos wahrscheinlich in einem sichereren Umfeld ist. Dies ist nicht der einzige Grund für Schutzkleidung, aber sicherlich einer. Ein weiteres Beispiel ist das Werfen eines Tennisballs und eines Steins von etwa gleicher Form und Größe mit der gleichen Kraft: Der Tennisball wird mit einer größeren Beschleunigung getrieben, da er leichter als der Stein ist. Bei diesem Beispiel wird die Schwerkraft nicht berücksichtigt. Die Annahme ist, dass die Kraft, mit der der Ball und der Stein bewegt werden, groß genug ist, um die Schwerkraft zu vernachlässigen.

Beschleunigung und Kreisbewegung

Ein Objekt, das sich entlang eines Kreises bei gleichbleibendem linearem Tempo bewegt, erlebt eine Änderung der Geschwindigkeit, da sich seine Richtung ändert. Daher beschleunigt das Objekt. Die Richtung dieser Beschleunigung verläuft auf die Rotationsachse zu und wird zentripetal genannt. Während die Zentripetalbeschleunigung und -kraft in Richtung Rotationsachse wirken, gibt es eine weitere Kraft, die gemäß dem dritten newtonschen Gesetz in entgegen gesetzte Richtung wirkt. Es ist die Zentrifugalkraft. Diese Kraft trägt dazu bei, dass Achterbahnen sicher sind, da sie die Wagen und Passagiere aus dem Kreis gegen die Schienen drückt.

Beschleunigung und Schwerkraft

Die Schwerkraft ist eine der wichtigen Kräfte, die sich auf Objekte auswirkt und ihre Beschleunigung beeinflusst. Bei Objekten nahe der Erdoberfläche werden diese hierdurch zur Erde hingezogen. Wenn keine anderen Kräfte auf ein Objekt einwirken, das oberhalb des Bodens losgelassen wird, befindet sich dieses Objekt im freien Fall. Es fällt mit einer Beschleunigung von 9,80665 Metern pro Quadratsekunde. Dieser Wert wird als Konstante g verwendet und kann zur Berechnung des Gewichts eines Objekts genutzt werden. Da gemäß zweitem newtonschen Gesetz F = ma ist, entspricht das Gewicht, was wiederum die auf ein Objekt einwirkende Kraft ist, dem Produkt der Masse des Objekts und g. Die Masse des Objekts kann leicht berechnet werden, somit ist das Gewicht ebenfalls berechenbar. Man sollte hierbei nicht vergessen, dass die allgemeine Verwendung des Begriffs „Gewicht“ sich tatsächlich auf die Masse bezieht.

Beschleunigung im freien Fall, auch bekannt als Gravitationsbeschleunigung, ist für Planeten und astronomische Körper unterschiedlich und wird von ihrer Masse beeinflusst. Die Schwerkraft der Sonne ist fast 28-mal höher als die der Erde, von Jupiter etwa 2,6-mal höher und von Neptun etwa 1,1-mal höher als bei der Erde. Die Schwerkraft anderer Planeten ist wiederum geringer als bei der Erde. Die Schwerkraft auf dem Mond beträgt etwa 0,17 der Schwerkraft der Erde.

Beschleunigung bei Fahrzeugen

Beschleunigungstests bei Autos

Von 0 auf 60 Meilen pro Stunde (von 0 auf 97Kilometer pro Stunde) ist die Messung der Leistung eines Fahrzeugs, mit der die Zeit bestimmt wird, die ein Auto benötigt, auf 60 Meilen pro Stunde zu beschleunigen. Im metrischen System wird die Beschleunigung als von 0 auf 100Kilometer pro Stunde (von 0 auf 62Meilen pro Stunde) gemessen. Einige der Autos mit der schnellsten Beschleunigung erreichen dies in etwa 2,3 Sekunden, was schneller ist, als die 2,73Sekunden im Test von 0 auf 60mph für Objekte im freien Fall. Es gibt sogar Smartphone-Anwendungen, mit denen dieser Test anhand der Beschleunigungsmesser des Telefons durchgeführt werden kann. Es ist jedoch nicht klar, wie genau diese sind.

Die Auswirkung von Beschleunigung auf Menschen

Wenn ein Fahrzeug beschleunigt, werden die Passagiere in die entgegengesetzte Richtung der Beschleunigung gezogen, nach hinten bei einer Beschleunigung, nach vorn bei einer Verlangsamung. Bei einem plötzlichen Stopp, beispielsweise bei einem Aufprall, werden Passagiere so weit nach vorn gezogen, dass sie aus ihren Sitzen und gegen das Innere eines Wagens fliegen oder sogar die Windschutzscheibe zerbrechen oder hinaus geschleudert werden könnten. Dies ist sehr gefährlich, daher werden Sicherheitsgurte in allen modernen Fahrzeugen installiert und die meisten Länder haben ein Gesetz erlassen, dass der Fahrer, alle Kinder und zumindest der Beifahrer vorn einen Sicherheitsgurt anlegen müssen.

In der Raumfahrt muss die Beschleunigung extrem hoch sein, damit das Raumschiff in den Orbit der Erde gelangen kann. Umgekehrt erfahren die Astronauten auf dem Weg zurück zur Erde eine enorme Verlangsamung. Dies ist für Astronauten sehr unangenehm und gefährlich, sodass sie vor dem Flug ein Training und Vorbereitung durchlaufen, damit sie eine höhere Toleranz gegenüber hoher Beschleunigung aufbauen. Es wird High-G-Training genannt. Einige Piloten und Crewmitglieder von Hochgeschwindigkeitsflugzeugen müssen dieses Training aufgrund der hohen Beschleunigung bei ihren Flügen ebenfalls absolvieren. Eine hohe Beschleunigung entzieht dem Gehirn Blut, was zuerst zu einem Verlust des Farbsehvermögens, dann des peripheren Sehens, dann des gesamten Sehvermögens und schließlich zu Bewusstseinsverlust führen kann. Das würde zum Kontrollverlust der Piloten über ihr Flugzeug führen. Bevor das High-G-Training ein Routinevorgang wurde, kam es aufgrund mangelnder Toleranz gegenüber hoher Beschleunigung zu mehreren tödlichen Unfällen. High-G-Training ermöglicht dem Gehirn, sich an die Beschleunigung über längere Zeitperioden zu gewöhnen und verhindert einen Bewusstseinsverlust.

Astronauten und Piloten führen ein „G-Straining-Manöver“ durch, indem Sie die Bauchmuskeln anspannen. Dadurch werden die Blutgefäße des Bauches kleiner, wodurch das Blut nicht so einfach in den Unterkörper fließen kann. Sie tragen darüber hinaus G-Suits (Anti-G-Anzüge), um die Auswirkungen extremer Beschleunigung auf den Körper zu mindern. Diese Anzüge sind so konstruiert, dass sie während der Beschleunigung den Blutfluss in den Unterkörper einschränken, indem Druck auf den unteren Teil des Körpers und den Abdomen ausgeübt wird. Dies wird in der Regel durch Luft oder Flüssigkeit erreicht, die in Taschen eingefüllt wird und die dann Druck auf den Körper ausüben. Zur Steigerung der Toleranz trainieren Astronauten und Piloten in Humanzentrifugen, die die Bedingungen hoher Beschleunigung simulieren. Diese Zentrifugen sind lange Röhren mit einer Pilotenkabine an einem Ende. Sie werden auf der horizontalen Ebene gedreht, um Beschleunigung zu erzeugen. Während des Trainings überwachen Ärzte die Vitalparameter wie Herzfrequenz und wachen über die Sicherheit sowie beobachten die Toleranz. Zentrifugen arbeiten in unterschiedlichen Modi, die sowohl einen normalen Wiedereintritt als auch Start sowie einen ballistischen Wiedereintritt in Notfallsituationen simulieren, in denen ein Raumfahrzeug nicht mehr kontrolliert werden kann. Trainierende, die in der Zentrifuge waren, berichten von extremen Beschwerden in Brust und Hals.

Weitere Informationen

Dieser Artikel wurde von Kateryna Yuri verfasst.

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Beschleunigung

Beschleunigung ist die Änderungsrate der Geschwindigkeit eines Körpers in Bezug auf die Zeit. Geschwindigkeit und Beschleunigung sind vektorielle Größen, mit einer Größe und einer Richtung. In vielen Fällen wird jedoch nur die Größe berücksichtigt. Beschleunigung wird wie im zweiten newtonschen Gesetz beschrieben von einer Kraft begleitet. Die Kraft als Vektor ist das Produkt der Masse des beschleunigten Objekts und der Beschleunigung (Vektor).

Die SI-Einheit der Beschleunigung ist Meter pro Quadratsekunde, m/s².

Den Umrechner für Beschleunigung nutzen:

Dieses Online-Tool zur Umrechnung von Einheiten ermöglicht die schnelle und genaue Umrechnung vieler Messeinheiten von einem System zu einem anderen. Die Seite für die Einheitenumrechnung ist eine Lösung für Techniker, Übersetzer und alle, die mit Mengen arbeiten, die in unterschiedlichen Einheiten angegeben werden können.

Sie können dieses Online-Tool zur Umrechnung verwenden, um zwischen mehreren Hundert Einheiten (einschließlich metrischer, britischer und amerikanischer) in 76 Kategorien oder mehreren Tausend Paaren umzurechnen. Beispiele der Kategorien sind Beschleunigung, Fläche, Elektrizität, Energie, Kraft, Länge, Licht, Masse, Massenfluss, Dichte, spezifisches Volumen, Leistung, Druck, Belastung, Temperatur, Zeit, Drehkraft, Geschwindigkeit, Viskosität, Volumen und Kapazität und Volumenstrom.
Hinweis: Ganzzahlen (Zahlen ohne Dezimalzeichen oder Exponentennotation) werden bis zu 15 Ziffern als genau erachtet. Die maximale Anzahl Ziffern nach dem Dezimalzeichen ist 10 Ziffern.

Bei diesem Umrechner wird die E-Notation verwendet, um Zahlen darzustellen, die zu klein oder zu groß sind. Die E-Notation ist ein alternatives Format der wissenschaftlichen Notation a · 10^x. Zum Beispiel: 1.103.000 = 1,103 · 10⁶ = 1,103E+6. Hier stellt E (gleich Exponent) “· 10^” dar, das heißt “multipliziert mit zehn potenziert mit”. Die E-Notation wird häufig bei Taschenrechnern und von Wissenschaftlern, Mathematikern und Ingenieuren verwendet.

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