Beschleunigung

Ein Auto, das in 10 Sekunden von 0 auf 100 km/h beschleunigt, wird jede Sekunde um etwa 2.8 m/s schneller.

Beschleunigung ist Geschwindigkeitsänderung pro Sekunde

Wenn du aufs Gaspedal trittst, ändert sich die Geschwindigkeit des Autos. Die Beschleunigung gibt an, wie schnell das geschieht: a = Δv ÷ Δt, also Geschwindigkeitsänderung geteilt durch die benötigte Zeit. Beschleunigt ein Auto in 10 s von 0 auf 27.8 m/s (100 km/h), beträgt seine mittlere Beschleunigung 27.8 ÷ 10 ≈ 2.8 m/s pro Sekunde. Die Einheit schreibt man m/s² und liest „Meter pro Quadratsekunde“. Ausgeschrieben ist sie oft anschaulicher: Jede Sekunde ändert sich die Geschwindigkeit um 2.8 m/s.

Die Beschleunigung ist ein Vektor. Wählst du vorwärts als positive Richtung, ist die Beschleunigung beim schneller werdenden Vorwärtsfahren positiv und beim Bremsen negativ. Ein Auto, das in 4 s von 20 m/s auf 0 abbremst, hat a = (0 − 20) ÷ 4 = −5 m/s². Im Alltag heißt das oft Verzögerung. In der Physik ist es eine Beschleunigung mit Minuszeichen. Achtung: Eine negative Beschleunigung bedeutet nicht immer, dass etwas langsamer wird. Ein immer schneller rückwärts fahrendes Auto hat eine negative Geschwindigkeit und eine negative Beschleunigung. Trotzdem nimmt sein Tempo zu.

Auch Kurvenfahren ist Beschleunigung

Weil zur Geschwindigkeit die Richtung gehört, ist auch ein Richtungswechsel eine Beschleunigung. Ein Ball, der an einer Schnur mit gleichbleibendem Tempo im Kreis geschleudert wird, wird ständig zum Mittelpunkt hin beschleunigt. Der Ball im Bewegungslabor zeigt einen anderen Fall: Seine waagerechte Geschwindigkeit bleibt gleich, seine senkrechte Geschwindigkeit ändert sich aber jede Sekunde um denselben Betrag. Deshalb wird er während des gesamten Fluges nach unten beschleunigt, selbst am höchsten Punkt, wo er sich nur seitwärts bewegt.

Gleichungen für konstante Beschleunigung

Bei konstanter Beschleunigung beschreiben wenige kurze Gleichungen die Bewegung. Geschwindigkeit nach der Zeit t: v = v₀ + a t. Ortsänderung nach der Zeit t: d = v₀ t + ½ a t². Beim Start aus der Ruhe wird daraus v = a t und d = ½ a t². Ein Auto, das aus der Ruhe mit 3 m/s² beschleunigt, erreicht nach 6 s eine Geschwindigkeit von 3 × 6 = 18 m/s und hat ½ × 3 × 6² = 54 m zurückgelegt. Beachte t² in der Weggleichung: Bei doppelter Zeit wird der Weg viermal so groß, weil das Auto in der zweiten Hälfte schon schneller fährt.

Beschleunigung kannst du spüren. Fährt ein Aufzug nach oben an, fühlst du dich kurz schwerer. Bremst er oben ab, fühlst du dich leichter. Beim Anfahren eines Busses lehnst du dich nach hinten, beim Bremsen kippst du nach vorn. Gleichbleibendes Tempo spürst du dagegen nicht: In einem ruhig fliegenden Flugzeug kannst du bei Reisegeschwindigkeit ein Getränk einschenken, ohne etwas zu verschütten. Dein Körper nimmt Geschwindigkeitsänderungen wahr, nicht die Geschwindigkeit selbst. Das ist ein erster Hinweis auf das erste newtonsche Gesetz im Kurs über Kräfte.