Beschleunigung ist in der Physik das Maß dafür, wie schnell sich die Geschwindigkeit eines Körpers ändert. Formal lässt sie sich als Quotient aus der Änderung der Geschwindigkeit Δv und dem zugehörigen Zeitintervall Δt schreiben: a = Δv/Δt. Für den unendlich kleinen Fall entspricht die momentane oder „instantane“ Beschleunigung der zeitlichen Ableitung der Geschwindigkeit, a = dv/dt. Da Geschwindigkeit ein Vektor ist, besitzt auch die Beschleunigung eine Richtung und eine Größe; sie gibt damit Auskunft sowohl über die Zunahme oder Abnahme des Betrags der Geschwindigkeit als auch über Änderungen der Bewegungsrichtung.

Grundbegriffe und Eigenschaften

Die SI-Einheit der Beschleunigung ist Meter pro Sekunde-Quadrat (m/s²). Positive Beschleunigung bedeutet gewöhnlich eine Zunahme der Geschwindigkeit in Bewegungsrichtung, negative Beschleunigung (umgangssprachlich „Abbremsen“ oder Verzögerung) eine Verringerung des Betrags der Geschwindigkeit. Beschleunigung kann aber auch auftreten, wenn der Betrag der Geschwindigkeit konstant bleibt und sich nur die Richtung ändert, wie bei gleichförmiger Kreisbewegung; hier wirkt die sogenannte Zentripetalbeschleunigung stets zum Mittelpunkt der Bahn.

Formeln und Unterscheidungen

  • Durchschnittsbeschleunigung: a_avg = (v2 − v1)/(t2 − t1).
  • Momentane Beschleunigung: a(t) = dv/dt.
  • Bei gleichförmiger Kreisbewegung: a = v²/r (zum Zentrum gerichtet).
  • Newtonsche Verbindung: Kraft und Beschleunigung hängen zusammen durch F = m·a (zweites Newtonsches Gesetz).

Geschichte und Entwicklung

Grundlegende Konzepte zur Beschreibung von Bewegung und Beschleunigung wurden bereits in der frühen Neuzeit systematisiert: Galileo legte den Grundstein für die kinematische Beschreibung gleichmäßig beschleunigter Bewegungen, Isaac Newton integrierte diese Beschreibungen in seine Mechanik und verknüpfte Beschleunigung mit Kräften. Seitdem ist das Konzept in der klassischen Mechanik, später auch in der Relativitätstheorie und der modernen Experimentalphysik, zentral geblieben.

Anwendungen und Beispiele

Beschleunigung ist in vielen Bereichen praktisch wichtig: in der Fahrzeugtechnik (Beschleunigungswerte für Leistung und Sicherheit), in der Luft- und Raumfahrt (Start- und Wiedereintrittsbelastungen), in der Robotik und beim Sport. Freier Fall nahe der Erdoberfläche ist ein weit verbreitetes Beispiel: dort beträgt die Fallbeschleunigung etwa g ≈ 9,81 m/s². Messgeräte wie Beschleunigungssensoren oder MEMS-Accelerometer erfassen lineare und oft auch rotatorische Komponenten der Beschleunigung und sind in Smartphones, Airbagsystemen und Instrumenten für Flugsysteme unverzichtbar.

Wichtige Unterschiede und Besonderheiten

Wesentlich ist die Unterscheidung zwischen Geschwindigkeit (Skalar oder Vektor), Beschleunigung und Weg: Geschwindigkeit ist die Änderungsrate des Weges, Beschleunigung die Änderungsrate der Geschwindigkeit. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die Richtung: Bei Kurvenfahrt kann ein Fahrzeug starke Beschleunigung erleben, obwohl sein Tempo konstant bleibt. In anspruchsvollen technischen Anwendungen werden Beschleunigungsprofile genutzt, um Strukturen zu schonen, Passagierkomfort zu bewahren oder Steueralgorithmen zu entwerfen.

Weitere Informationen und vertiefende Ressourcen finden sich hier: Definition, Formeln, Kreisbewegung, Newtonsche Mechanik, Freier Fall, Vektorbegriffe, Messung und Anwendungen.