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Bewegungen beobachten – Bezugssystem

Entdecke die Welt der Bezugssysteme in der Physik! Verstehe, wie sich Bewegungen und Positionen in verschiedenen Bezugssystemen unterscheiden. Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text und Video!

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Die Autor*innen
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Philip Rupp
Bewegungen beobachten – Bezugssystem
lernst du in der Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse

Bewegungen beobachten – Bezugssystem Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Bewegungen beobachten – Bezugssystem kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe, was ein Bezugssystem ist.

    Tipps

    Bezugssysteme sind wegen ihres Standpunktes verschieden. Was sagt das über Entfernungen aus?

    Lösung

    Was ist ein Bezugssystem?

    Wenn du vom Bürgersteig auf eine Einbahnstraße blickst, fahren die Autos alle nach rechts. Gehst du auf die andere Straßenseite, fahren sie nach links, obwohl die Autos eigentlich immer noch genauso fahren wie vorher.

    Das liegt daran, dass es sich um zwei verschiedene Bezugssysteme handelt, nämlich zwei verschiedene Bürgersteige, also Beobachtungspunkte. Weil die Betrachtung mehrerer bewegter Bezugssysteme oft schwer ist (denn man kann sich beim Beobachten ja auch selbst bewegen), unterscheidet man zwischen verschiedenen Arten von Bezugssystemen.

  • Beschreibe, was Bezugssysteme mit den Weg-Zeit-Gesetzen zu tun haben.

    Tipps

    In den beiden Gleichungen wird eine Entfernung bzw. eine zurückgelegte Strecke berechnet.

    Lösung

    Was verändert sich beim Wechsel des Bezugssystems, wenn man ein bewegtes Objekt betrachtet? Die Entfernung zum Objekt.

    In erster Linie unterscheiden sich Bezugssysteme durch ihren Ort. Dementsprechend ist ein beobachtetes Objekt z.B. unterschiedlich weit von einem entfernt.

    Berechnet man also die Entfernung $S$, die sich ein bewegter Körper von einem Bezugspunkt wegbewegt hat, addiert man sie zur anfänglichen Entfernung $S_0$ dazu.

    Also ist nur $S_0$ unterschiedlich, denn die Zeit kann von jedem Ort aus gleich bestimmt werden.

    Die Geschwindigkeit kann aber auch in manchen Bezugssystemen anders erscheinen.

  • Erkläre die Begriffe Inertialsystem und invariant.

    Tipps

    Denke daran, dass ein Inertialsystem keine Beschleunigung hat.

    Lösung

    Der Begriff invariant ist insofern wichtig, da es Größen gibt, bei denen das Bezugssystem keine Rolle spielt.

    Ein Inertialsystem ist ein System mit konstanter Geschwindigkeit, also ohne Beschleunigung.

    Dadurch kann man es als ruhend annehmen.

    Ein Beispiel wäre die Erde mit uns Menschen darauf. Eigentlich bewegt sich die Erde sehr schnell durchs All, und weil wir auf ihr Leben, tun wir das auch. Nun bewegen sich beide gleich schnell und die Erde kommt uns ruhend vor. Wir befinden uns also im Inertialsystem der Erde.

  • Bestimme die Position des Beobachters.

    Tipps

    Im Auto hat der Ball die gleiche Geschwindigkeit wie das Auto selbst. Diese behält er beim Wurf.

    Lösung

    Welche Flugbahn nimmt der Ball nun ein? Denn aus vielen Blickwinkeln bewegt er sich unterschiedlich.

    Da der Ball sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Auto bewegt, landet er auch wieder im Auto, wenn man den Wind etc. vernachlässigt . Deshalb sieht es für den Fahrer so aus, als würde er ihn einfach wie im stand hochwerfen und wieder fangen. Von hinten sieht es genauso aus.

    Würdest du es in der U-Bahn probieren, wäre dir dieses Ergebnis sicher gleich klar. Im Cabrio ist es das Gleiche.

    Von der Seite sieht man einen Ball der hochgeworfen wird und sich in Richtung des Autos bewegt, also eine Wurfparabel.

    Von oben sieht man 2-dimensional nur einen Ball, der sich in Fahrtrichtung bewegt.

    Der blinde Passagier sieht von der Autounterseite nur den Unterboden des Autos.

  • Nenne Eigenschaften der Bezugssysteme.

    Tipps

    Die Beschleunigung ist invariant.

    Stelle dir vor, wie in einem losfahrenden Bus die Menschen erst einmal (scheinbar) zurückgeworfen werden.

    Lösung

    Invarianz, Inertialsystem und Scheinkraft. Das sind 3 wichtige Vokabeln im Bereich der Bezugssysteme.

    Die Invarianz bedeutet, dass eine Größe in jedem Bezugssystem gleich wahrgenommen wird.

    Das Inertialsystem ist ein System, dass sich geradlinig gleichförmig bewegt, also eine Geschwindigkeit, aber keine Beschleunigung hat. Das dient dazu, sie als eine Art Fixpunkt oder Ruhesystem annehmen zu können.

    Die Scheinkraft ist die Kraft einer trägen Masse, die sich z.B. nach dem Bremsen eines Bus noch weiter nach vorn bewegt, oder beim Losfahren erst einen Moment braucht, um die Geschwindigkeit des Bus zu übernehmen.

  • Ermittle die Scheinkräfte.

    Tipps

    Überlege dir, wie es sich in einem Bus oder in der U-Bahn anfühlt, wenn sie losfahren, und wie, wenn sie schon etwas fahren.

    Lösung

    In beschleunigten Systemen wirken Kräfte, welche von der Bewegung des Beobachters abhängig sind. Sie heißen Scheinkräfte oder Trägheitskräfte und sind von der Trägheit der betreffenden Massen abhängig.

    Diese Trägheit sorgt dafür, dass die Massen der Kugeln langsamer beschleunigt werden als der Wagen. Damit verharren sie zunächst in ihrer alten Position und „hängen hinterher". Andersherum verhält es sich beim Bremsen.

    Bei der Zentrifugalkraft der Drehscheibe ist es ähnlich: Die Kreisbewegung sorgt für eine ständige Richtungsänderung der Kraft, die auf die Masse wirkt, was sie dann nach außen schleudert. Denn die Masse ist träge und nimmt diese Richtungsänderung langsamer an, als die Scheibe sich dreht.