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Technische Physik verstehen – Bewegungen beschreiben

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Technische Physik verstehen – Bewegungen beschreiben

Kurzbeschreibung: Weg, Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Du lernst, Bewegungen in einer technischen Anlage mit wenigen Größen sicher zu beschreiben. Der Kurs richtet sich an die Ausbildung und arbeitet mit einem durchgehenden Praxisfall aus der Intralogistik. Alle Messwerte des Ausbildungsfalls sind fiktiv, aber physikalisch konsistent. Für den Kurs musst Du nichts hochladen und keinen externen KI-Dienst verwenden.

Bildauftrag: Stell Dir vor, das Fahrzeug fährt auf einer geraden markierten Spur. Wo würdest Du Start, Messpunkte und Bremszone einzeichnen?

Einleitung

Kinematik beschreibt, wie sich ein Körper bewegt. Im Mittelpunkt stehen hier Weg, Zeit, Geschwindigkeit und Beschleunigung. Kräfte und Antriebe werden nur dann erwähnt, wenn sie zum Verständnis des Ausbildungsfalls nötig sind.

Praxisfall: Ein fahrerloses Transportfahrzeug, kurz FTS, bringt Bauteile von Station A zu Station B. Du sollst prüfen, ob seine Bewegung zu einer vorgegebenen Fahrstrategie passt.

Phase	Zeit	Bewegung	Fiktive Vorgabe
Anfahren	0 bis 4 s	gleichmäßig beschleunigt	von 0 auf 2 m/s
Transport	4 bis 9 s	gleichförmig	2 m/s
Bremsen	9 bis 11 s	gleichmäßig verzögert	von 2 m/s auf 0

Ergebnis des vollständigen fiktiven Fahrprofils: Das FTS legt 16 m in 11 s zurück.

Lerneinheit 1: Weg und Zeit messen

Weg beschreibt in diesem Kurs die zurückgelegte Strecke entlang der Fahrspur. Einheit: Meter. Zeit beschreibt die Dauer. Einheit: Sekunde.

Messidee: Zwei Markierungen haben einen bekannten Abstand. Eine Stoppuhr, Lichtschranke oder Steuerung erfasst die benötigte Zeit.

Größe	Zeichen	SI-Einheit	Ausbildungsfrage
Weg	s	m	Wie weit fährt das FTS?
Zeit	t	s	Wie lange dauert die Fahrt?

Lerneinheit 2: Geschwindigkeit

Für eine gleichförmige Bewegung gilt:

$v = \frac{Δ s}{Δ t}$

Merksatz: Viel Weg in wenig Zeit bedeutet große Geschwindigkeit.

Einheitencheck: 1 m/s = 3,6 km/h. Deshalb entsprechen 2 m/s genau 7,2 km/h.

Kurzer Videoauftrag: Stoppe das Video direkt nach der Erklärung der Formel. Berechne dann selbst: 6 m in 3 s ergeben 2 m/s.

Datei:Constant velocity rod simulation.webm

Kurzfall: Beobachte nur etwa 15 Sekunden. Entscheide: Ändert sich die Geschwindigkeit sichtbar oder bleibt sie näherungsweise konstant?

Lerneinheit 3: Beschleunigung und Bremsen

Beschleunigung beschreibt, wie schnell sich die Geschwindigkeit ändert:

$a = \frac{Δ v}{Δ t}$

Einheit: $m / s^{2}$ . In unserem eindimensionalen Fahrfall bedeutet positives $a$ schneller werden, negatives $a$ bremsen.

FTS-Anfahrt: Von 0 auf 2 m/s in 4 s ergibt $a = 0,5 m / s^{2}$ .

FTS-Bremsung: Von 2 m/s auf 0 in 2 s ergibt $a = - 1 m / s^{2}$ .

Videoentscheidung: Formuliere nach der Einführung in einem Satz, warum auch Bremsen eine Beschleunigung im physikalischen Sinn ist.

Lerneinheit 4: Bewegungen in Diagrammen lesen

s-t-Diagramm: Je steiler der Graph, desto größer ist die Geschwindigkeit. Bei gleichförmiger Bewegung ist der Graph eine Gerade.

v-t-Diagramm: Eine waagrechte Linie bedeutet konstante Geschwindigkeit. Eine steigende oder fallende Gerade bedeutet konstante Beschleunigung.

Lesehilfe: Die Steigung im Weg-Zeit-Diagramm führt zur Geschwindigkeit. Die Steigung im Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm führt zur Beschleunigung.

Muster erkennen: Bei konstanter Beschleunigung ist der Geschwindigkeitsgraph linear; der Weg-Zeit-Graph ist gekrümmt.

Kurzer Videoauftrag: Suche im Video die Stelle, an der aus der Steigung im v-t-Diagramm die Beschleunigung bestimmt wird. Übertrage das Vorgehen auf den FTS-Bremsvorgang.

Lerneinheit 5: Alles zusammenführen

Beobachtung	Physikalische Deutung	Passende Größe
Das FTS legt in gleichen Zeiten gleiche Wege zurück.	gleichförmige Bewegung	v konstant
Die Geschwindigkeit wächst gleichmäßig.	beschleunigte Bewegung	a positiv und konstant
Die Geschwindigkeit sinkt gleichmäßig.	verzögerte Bewegung	a negativ und konstant
Das FTS steht.	keine Ortsänderung	v = 0

Wichtig: Dieser Kurs betrachtet geradlinige Bewegungen. Bei einer Kurvenfahrt kann sich die Geschwindigkeit auch durch eine Richtungsänderung ändern.

Ausbildungsfall: FTS an Station B

Auftrag: Prüfe das fiktive Fahrprofil rechnerisch.

Phase	Rechnung	Ergebnis
Anfahren	$s = \frac{1}{2} a t^{2}$ mit 0,5 m/s² und 4 s	4 m
Transport	$s = v \cdot t$ mit 2 m/s und 5 s	10 m
Bremsen	$s = v_{0} t + \frac{1}{2} a t^{2}$ mit 2 m/s, -1 m/s² und 2 s	2 m
Gesamt	4 m + 10 m + 2 m	16 m

Entscheidung: Eine Bremszone von 2,5 m reicht im idealisierten Rechenmodell für 2 m Bremsweg. Die rechnerische Reserve beträgt 0,5 m. In realen Anlagen müssen zusätzlich Sicherheitsvorgaben, Reaktionszeiten, Regelung, Beladung, Boden und Herstellerangaben berücksichtigt werden.

Entscheidungssituationen mit Rückmeldung

Situation A: Zwei Sensoren liegen 6 m auseinander. Das FTS braucht 3 s. Der Sollwert beträgt höchstens 1,8 m/s. Entscheide zuerst selbst.

Rückmeldung anzeigen

Die gemessene mittlere Geschwindigkeit ist 2 m/s. Damit liegt sie 0,2 m/s über dem fiktiven Sollwert. Die begründete Entscheidung lautet: Fahrparameter prüfen und nicht einfach freigeben.

Situation B: Im v-t-Diagramm bleibt die Linie 5 s lang waagrecht bei 2 m/s. Entscheide, ob das FTS in dieser Zeit beschleunigt.

Rückmeldung anzeigen

Nein. Die Geschwindigkeit ändert sich nicht, also ist die Beschleunigung in diesem geradlinigen Fahrabschnitt null.

Situation C: Im v-t-Diagramm fällt die Geschwindigkeit geradlinig von 2 m/s auf 0. Entscheide, welche Art von Bewegung vorliegt.

Rückmeldung anzeigen

Es liegt eine gleichmäßig verzögerte Bewegung vor. Die konstante negative Steigung des v-t-Graphen steht für eine konstante negative Beschleunigung.

Trainingsstufen mit gestuften Hilfen

Basisaufgabe

Ein Fördergut legt 12 m in 8 s zurück. Bestimme die mittlere Geschwindigkeit.

Hilfe 1: Gesucht ist v.

Hilfe 2: Nutze Weg geteilt durch Zeit.

Hilfe 3: Setze 12 m und 8 s ein und prüfe die Einheit m/s.

Begründetes Feedback: $v = 12 m / 8 s = 1,5 m / s$ . Wer 96 erhält, hat multipliziert statt dividiert. Wer 0,67 erhält, hat Zeit durch Weg geteilt.

Anwendungsaufgabe

Das FTS erhöht seine Geschwindigkeit in 4 s von 0 auf 2 m/s. Bestimme die Beschleunigung.

Hilfe 1: Gesucht ist a.

Hilfe 2: Bestimme zuerst die Geschwindigkeitsänderung.

Hilfe 3: Teile 2 m/s durch 4 s.

Begründetes Feedback: $a = 0,5 m / s^{2}$ . Die Einheit m/s² zeigt, dass sich die Geschwindigkeit pro Sekunde um 0,5 m/s ändert.

Transferaufgabe

Das FTS fährt mit 2 m/s in eine 2,5 m lange Bremszone und bremst konstant mit -1 m/s². Beurteile, ob es im idealisierten Modell vor dem Ende der Zone steht.

Hilfe 1: Bestimme zuerst die Bremszeit aus $v = v_{0} + a t$ .

Hilfe 2: Aus 0 = 2 - 1·t folgt t = 2 s.

Hilfe 3: Berechne den Weg mit $s = v_{0} t + \frac{1}{2} a t^{2}$ .

Begründetes Feedback: Der Bremsweg beträgt 2 m. Rechnerisch bleiben 0,5 m Reserve. Die Transferleistung besteht darin, zwischen idealisiertem Rechenmodell und realer Sicherheitsfreigabe zu unterscheiden: Die Rechnung allein ersetzt keine betriebliche Sicherheitsbewertung.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Größen stehen im Mittelpunkt dieses Kurses? (Weg Zeit Geschwindigkeit und Beschleunigung) (!Masse Kraft Arbeit und Leistung) (!Spannung Strom Widerstand und Leistung) (!Druck Volumen Temperatur und Wärme)

Welche SI-Einheit hat der Weg? (Meter) (!Sekunde) (!Meter pro Sekunde) (!Meter pro Sekundenquadrat)

Wie berechnest Du bei gleichförmiger Bewegung die Geschwindigkeit? (Weg durch Zeit) (!Weg mal Zeit) (!Zeit durch Weg) (!Beschleunigung durch Weg)

Wie viel sind 2 Meter pro Sekunde in Kilometer pro Stunde? (7,2 Kilometer pro Stunde) (!2,0 Kilometer pro Stunde) (!3,6 Kilometer pro Stunde) (!20 Kilometer pro Stunde)

Was gilt bei geradliniger Bewegung mit konstanter Geschwindigkeit? (Die Beschleunigung ist null) (!Die Beschleunigung wächst ständig) (!Der Weg bleibt immer null) (!Die Zeit steht still)

Was zeigt die Steigung in einem Weg-Zeit-Diagramm? (Die Geschwindigkeit) (!Die Masse) (!Die Leistung) (!Die Temperatur)

Was zeigt die Steigung in einem Geschwindigkeits-Zeit-Diagramm? (Die Beschleunigung) (!Den Weg direkt) (!Die Masse) (!Die Energie)

Ein FTS fährt 6 Meter in 3 Sekunden. Wie groß ist seine mittlere Geschwindigkeit? (2 Meter pro Sekunde) (!0,5 Meter pro Sekunde) (!3 Meter pro Sekunde) (!18 Meter pro Sekunde)

Ein FTS steigert seine Geschwindigkeit in 4 Sekunden von 0 auf 2 Meter pro Sekunde. Wie groß ist die Beschleunigung? (0,5 Meter pro Sekundenquadrat) (!2 Meter pro Sekundenquadrat) (!4 Meter pro Sekundenquadrat) (!8 Meter pro Sekundenquadrat)

Ein FTS bremst in 2 Sekunden von 2 Meter pro Sekunde auf 0. Welche Beschleunigung passt bei positiver Fahrtrichtung? (Minus 1 Meter pro Sekundenquadrat) (!Plus 1 Meter pro Sekundenquadrat) (!Minus 4 Meter pro Sekundenquadrat) (!Plus 4 Meter pro Sekundenquadrat)

Begründetes Quiz-Feedback: Prüfe bei Rechenfehlern zuerst die Einheit. m/s gehört zur Geschwindigkeit, m/s² zur Beschleunigung. Prüfe bei Diagrammfehlern, welche Größe auf der senkrechten Achse steht. Prüfe beim Bremsen das Vorzeichen nur zusammen mit der festgelegten positiven Fahrtrichtung.

Memory

Weg	zurückgelegte Strecke
Zeit	Dauer
Geschwindigkeit	Weg pro Zeit
Beschleunigung	Änderung von v pro Zeit
s-t-Diagramm	Steigung liefert v
v-t-Diagramm	Steigung liefert a

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Weg	zurückgelegte Strecke entlang der Fahrspur
Zeit	Dauer eines Vorgangs
Geschwindigkeit	Wegänderung pro Zeit
Beschleunigung	Geschwindigkeitsänderung pro Zeit
Stillstand	keine Ortsänderung

Feedback: Wenn Du Geschwindigkeit und Beschleunigung verwechselt hast, frage: Ändert sich der Weg oder ändert sich bereits die Geschwindigkeit?

Kreuzworträtsel

Kinematik	Welches Teilgebiet beschreibt Bewegungen ohne die Ursachen in den Mittelpunkt zu stellen?
Strecke	Wie heißt der zurückgelegte Weg auch?
Sekunde	Welche SI-Einheit wird für die Zeit verwendet?
Tachometer	Welches Messgerät zeigt bei Fahrzeugen das Tempo an?
Diagramm	Wie heißt eine grafische Darstellung von Messwerten?
Beschleunigung	Welche Größe beschreibt die Änderung der Geschwindigkeit pro Zeit?

LearningApps

Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Weg und Zeit messen: Markiere lokal eine kurze Strecke, miss die benötigte Zeit eines Rollwagens und berechne die mittlere Geschwindigkeit. Kein Upload nötig.
Achsen beschriften: Zeichne ein leeres s-t- und v-t-Diagramm und beschrifte Größen sowie Einheiten.
Einheitenkarte: Erstelle auf Papier eine Lernkarte für m/s und km/h mit dem Faktor 3,6.
Kurzvideo beobachten: Filme einen Rollwagen lokal für wenige Sekunden oder nutze eine vorhandene Aufnahme im Unterricht. Beschreibe nur, wann er ruht, gleichförmig fährt oder beschleunigt.

Standard

Messreihe auswerten: Erfasse fünf Zeit-Weg-Paare eines Rollwagens und zeichne daraus ein s-t-Diagramm.
Anfahrvorgang berechnen: Entwickle einen fiktiven Anfahrvorgang mit Startgeschwindigkeit, Endgeschwindigkeit und Zeit. Berechne a und prüfe die Einheit.
Soll-Ist-Vergleich: Lege einen fiktiven Sollwert fest und entscheide anhand einer Messung, ob ein Transportfahrzeug zu schnell fährt. Begründe die Entscheidung rechnerisch.
Messfehler untersuchen: Miss denselben Weg dreimal. Erkläre, warum die berechneten Geschwindigkeiten leicht voneinander abweichen können.

Schwer

Bremszone auslegen: Entwirf für fiktive Werte eine Bremszone. Trenne ausdrücklich zwischen idealisiertem Rechenwert und realer Sicherheitsfreigabe.
Taktzeit verbessern: Vergleiche zwei fiktive Fahrprofile mit gleicher Strecke. Beurteile, welches schneller ist, ohne die maximale Geschwindigkeit unnötig zu erhöhen.
Fachinterview: Befrage eine Ausbilderin, einen Ausbilder oder eine Fachkraft dazu, wie Weg, Zeit oder Geschwindigkeit in einer Anlage gemessen werden. Dokumentiere nur fachliche Aussagen und keine personenbezogenen Daten.
Lernprodukt gestalten: Erstelle lokal ein höchstens zweiminütiges Erklärvideo oder eine Infografik zum Unterschied zwischen Geschwindigkeit und Beschleunigung. Kein öffentlicher Upload ist erforderlich.

Lernkontrolle

Störungsdiagnose: Ein FTS braucht für dieselbe Strecke plötzlich länger, obwohl die Maximalgeschwindigkeit unverändert ist. Nenne mindestens zwei mögliche bewegungsbezogene Ursachen und begründe sie.
Fahrprofil rekonstruieren: Erkläre aus einem selbst gezeichneten v-t-Diagramm, in welchen Zeitabschnitten das Fahrzeug anfährt, gleichförmig fährt und bremst.
Modellgrenzen: Begründe, warum ein berechneter Bremsweg allein nicht genügt, um eine reale Anlage sicher freizugeben.
Sensorwahl: Plane eine Messung der mittleren Geschwindigkeit zwischen zwei Punkten. Begründe, welche Größen direkt gemessen und welche berechnet werden.
Zwei Fahrten vergleichen: Zwei Fahrzeuge legen dieselbe Strecke in derselben Gesamtzeit zurück, besitzen aber unterschiedliche v-t-Diagramme. Erkläre, warum ihre Bewegungen trotzdem verschieden sein können.
Einheitenfehler erkennen: Eine Person gibt eine Beschleunigung in m/s an. Erkläre, warum die Einheit nicht passt und was m/s stattdessen beschreibt.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

Weg und Zeit mit passenden Einheiten angeben kannst.
Geschwindigkeit aus Weg und Zeit berechnen und zwischen m/s und km/h umrechnen kannst.
Beschleunigung aus einer Geschwindigkeitsänderung bestimmen kannst.
gleichförmige und gleichmäßig beschleunigte Bewegungen unterscheiden kannst.
s-t- und v-t-Diagramme fachlich deuten kannst.
einen fiktiven Ausbildungsfall rechnerisch prüfen und Deine Entscheidung begründen kannst.
Grenzen eines idealisierten Modells von einer realen betrieblichen Sicherheitsentscheidung unterscheiden kannst.

Fachliche Quellen und Medienrechte

Fachlich geprüft am 04.10.2026. Zentrale Aussagen wurden mit Kinematik, Geschwindigkeit und Beschleunigung sowie mit LEIFIphysik zu gleichförmiger und gleichmäßig beschleunigter Bewegung abgeglichen.

Quelle	Verwendung
Wikipedia: Kinematik	Zusammenhang von Ort, Geschwindigkeit und Beschleunigung
Wikipedia: Geschwindigkeit	Definition und Einheit der Geschwindigkeit
Wikipedia: Beschleunigung	Definition, Vorzeichen und Einheit der Beschleunigung
LEIFIphysik: Gleichförmige Bewegungen	Bewegungsgesetze der gleichförmigen Bewegung
LEIFIphysik: Gleichmäßig beschleunigte Bewegungen	Bewegungsgesetze bei konstanter Beschleunigung

Mediencheck: Wikimedia-Commons-Dateien werden hier entsprechend ihrer jeweiligen freien Lizenz verwendet und mit Urheberangabe dokumentiert. YouTube-Videos werden nur über die offizielle Einbettungsfunktion eingebunden, nicht kopiert oder erneut hochgeladen. Für YouTube-Inhalte wird keine freie OER-Lizenz behauptet.

Medium	Urheber	Rechtehinweis
AGV - Automated Guided Vehicle.jpg	Marta Veverica	CC BY-SA 4.0
Stopwatch.svg	badaman / Openclipart	CC0
Speedometer.svg	Robertbeers	CC BY-SA 4.0
Example-position-time-diagramm.svg	MikeRun	CC BY-SA 4.0
Example-velocity-time-diagramm.svg	MikeRun	CC BY-SA 4.0
Example-st-vt-graph-relationship.svg	MikeRun	CC BY-SA 4.0
Uniform-acceleration.svg	MikeRun	CC BY-SA 4.0
1-D kinematics.svg	Pieter Kuiper	Public Domain
Constant velocity rod simulation.webm	Abhairampally3	CC0
Geschwindigkeit berechnen	HausaufgabenTV	nur eingebettet
Beschleunigung - Formel und Bedeutung	Physik mit Jan und Jan	nur eingebettet
v-t Diagramm: Beschleunigung berechnen	Physik mit Jan und Jan	nur eingebettet

Datenschutz und Arbeitsweise: Die Aufgaben verlangen keine Veröffentlichung personenbezogener Daten, keinen Upload auf externe Plattformen und keinen Zugriff auf externe KI-Dienste. Lokale Messungen, Zeichnungen und Aufnahmen reichen aus.

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