v = s/t = Δs/Δt
Durchschnittsgeschwindigkeit bzw. Momentangeschwindigkeit
Einheit: [v] = m/s
a = Δv/Δt
Änderung der Geschwindigkeit pro Zeit
Einheit: [a] = m/s²
s = s₀ + v₀·t + ½·a·t²
v = v₀ + a·t
v² = v₀² + 2·a·s
F = m·a
Kraft = Masse · Beschleunigung
p = m·v
Impuls = Masse · Geschwindigkeit
Ekin = ½·m·v²
Bewegungsenergie
W = F·s·cos(α)
Arbeit = Kraft · Weg · cos(Winkel)
P = W/t = F·v
Leistung = Arbeit pro Zeit
ω = φ/t = Δφ/Δt = 2π/T = 2π·f
Winkel pro Zeit, mit Periode T und Frequenz f
α = Δω/Δt
Änderung der Winkelgeschwindigkeit pro Zeit
v = ω·r
at = α·r (Tangentialbeschleunigung)
az = ω²·r = v²/r (Zentripetalbeschleunigung)
I = Σ mi·ri²
Spezielle Fälle:
M = I·α
Drehmoment = Trägheitsmoment · Winkelbeschleunigung
L = I·ω
Drehimpuls = Trägheitsmoment · Winkelgeschwindigkeit
Erot = ½·I·ω²
Kinetische Energie der Rotation
W = M·φ
Arbeit = Drehmoment · Winkel
P = M·ω
Leistung = Drehmoment · Winkelgeschwindigkeit
| Größe | Translation | Rotation |
|---|---|---|
| Weg/Winkel | s (Meter, m) | φ (Radiant, rad) |
| Geschwindigkeit | v = ds/dt (m/s) | ω = dφ/dt (rad/s) |
| Beschleunigung | a = dv/dt (m/s²) | α = dω/dt (rad/s²) |
| Masse/Trägheit | m (Kilogramm, kg) | I = Σm·r² (kg·m²) |
| Kraft/Drehmoment | F = m·a (Newton, N) | M = I·α (N·m) |
| Impuls/Drehimpuls | p = m·v (kg·m/s) | L = I·ω (kg·m²/s) |
| Energie | Ekin = ½·m·v² (Joule, J) | Erot = ½·I·ω² (Joule, J) |
| Arbeit | W = F·s (Joule, J) | W = M·φ (Joule, J) |
| Leistung | P = F·v (Watt, W) | P = M·ω (Watt, W) |
Translation
v = v₀ + a·t
s = s₀ + v₀·t + ½·a·t²
v² = v₀² + 2·a·s
Rotation
ω = ω₀ + α·t
φ = φ₀ + ω₀·t + ½·α·t²
ω² = ω₀² + 2·α·φ
v = Δs/Δt
Geschwindigkeit = Wegänderung / Zeitänderung
Einheit: [v] = m/s oder km/h
s = v · t
Zurückgelegter Weg bei konstanter Geschwindigkeit
Einheit: [s] = m, [v] = m/s, [t] = s
a = Δv/Δt
Beschleunigung = Geschwindigkeitsänderung / Zeit
Einheit: [a] = m/s²
Erdbeschleunigung: g = 9,81 m/s²
v = g · t
s = ½ · g · t²
v² = 2 · g · s
Bewegung unter Einfluss der Erdanziehung
F = m · a
Kraft = Masse · Beschleunigung
Einheit: [F] = N (Newton), 1 N = 1 kg·m/s²
FG = m · g
Gewichtskraft auf der Erde (g = 9,81 m/s²)
Einheit: [FG] = N
F = D · s
Kraft = Federkonstante · Auslenkung
Einheit: [D] = N/m, [s] = m
FR = μ · FN
Reibungskraft = Reibungszahl · Normalkraft
μ ist dimensionslos
Typische Werte: Holz auf Holz μ ≈ 0,4; Stahl auf Stahl μ ≈ 0,15
ρ = m/V
Dichte = Masse / Volumen
Einheit: [ρ] = kg/m³ oder g/cm³
p = F/A
Druck = Kraft / Fläche
Einheit: [p] = Pa (Pascal), 1 Pa = 1 N/m²
Weitere Einheiten: 1 bar = 10⁵ Pa
p = ρ · g · h
Druck = Dichte · Erdbeschleunigung · Tiefe
Einheit: [p] = Pa
Für Wasser: ρ = 1000 kg/m³
FA = ρFl · V · g
Auftriebskraft = Dichte der Flüssigkeit · Volumen · g
Einheit: [FA] = N
W = F · s
Arbeit = Kraft · Weg (wenn F parallel zu s)
Einheit: [W] = J (Joule), 1 J = 1 N·m = 1 kg·m²/s²
WHub = m · g · h
Arbeit zum Heben eines Körpers
Einheit: [W] = J
Epot = m · g · h
Energie aufgrund der Höhe über dem Bezugsniveau
Einheit: [Epot] = J
Ekin = ½ · m · v²
Energie aufgrund der Bewegung
Einheit: [Ekin] = J
ESpann = ½ · D · s²
Energie einer gespannten Feder
Einheit: [ESpann] = J
P = W/t = E/t
Leistung = Arbeit / Zeit = Energie / Zeit
Einheit: [P] = W (Watt), 1 W = 1 J/s
η = Wnutz/Wzu = Pnutz/Pzu
Verhältnis von Nutzenergie zu zugeführter Energie
η ist dimensionslos (oft in % angegeben)
Q = c · m · ΔT
Wärmemenge = spezifische Wärmekapazität · Masse · Temperaturänderung
Einheit: [Q] = J, [c] = J/(kg·K)
Für Wasser: c = 4180 J/(kg·K)
Q = q · m
Wärmemenge = spezifische Schmelz-/Verdampfungswärme · Masse
Einheit: [Q] = J, [q] = J/kg
Wasser: qSchmelz = 334.000 J/kg, qVerdampf = 2.260.000 J/kg
p · V = n · R · T
Allgemeine Gasgleichung
R = 8,314 J/(mol·K)
Bei konstantem n: p₁·V₁/T₁ = p₂·V₂/T₂
Δl = α · l₀ · ΔT
Längenänderung = Ausdehnungskoeffizient · Ausgangslänge · Temperaturänderung
Einheit: [α] = 1/K
s(t) = v · t
s(t) = v₀·t + ½·a·t² und v(t) = v₀ + a·t
h(t) = h₀ - ½·g·t² mit g = 9,81 m/s²
Energieumwandlung beim freien Fall
F(s) = D·s und E(s) = ½·D·s²
φ(t) = ω·t und ω = const
φ(t) = ω₀·t + ½·α·t² und ω(t) = ω₀ + α·t
Q(ΔT) = c·m·ΔT mit c = 4180 J/(kg·K)
c = 299.792.458 m/s ≈ 3·10⁸ m/s
Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
Im Medium: v = c/n (n = Brechungsindex)
Einfallswinkel α = Reflexionswinkel α'
Einfallender und reflektierter Strahl liegen in einer Ebene
n₁ · sin(α) = n₂ · sin(β)
n = Brechungsindex, α = Einfallswinkel, β = Brechungswinkel
n ist dimensionslos
Luft: n ≈ 1,0; Wasser: n ≈ 1,33; Glas: n ≈ 1,5
sin(αgrenz) = n₂/n₁
Grenzwinkel für Totalreflexion (bei n₁ > n₂)
1/f = 1/g + 1/b
f = Brennweite, g = Gegenstandsweite, b = Bildweite
Einheit: alle in m (oder alle in cm)
V = B/G = b/g
Vergrößerung = Bildgröße / Gegenstandsgröße = Bildweite / Gegenstandsweite
V ist dimensionslos
D = 1/f
Brechkraft = 1 / Brennweite
Einheit: [D] = dpt (Dioptrie), 1 dpt = 1/m
f in Meter einsetzen!
Umrechnung zwischen verschiedenen Längeneinheiten
Umrechnung zwischen verschiedenen Zeiteinheiten
Umrechnung zwischen verschiedenen Masseneinheiten
Umrechnung zwischen verschiedenen Geschwindigkeitseinheiten
Umrechnung zwischen verschiedenen Flächeneinheiten
Umrechnung zwischen verschiedenen Volumeneinheiten
Umrechnung zwischen verschiedenen Temperatureinheiten
Umrechnung zwischen verschiedenen Energieeinheiten
Umrechnung zwischen verschiedenen Druckeinheiten