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Physik - Grundbegriff: Massenpunkt

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Physik

Grundbegriff: Massenpunkt

Fahrzeug wird in Berechnungen auf Massenpunkt reduziert
Fahrzeug wird in Berechnungen auf Massenpunkt reduziert

Zur Erleichterung der Beschreibung der Bewegung eines Körpers wird der Begriff des Massenpunktes eingeführt. Bei der Betrachtung von Körper, z.B. eines Autos, ist nicht von Interesse, wo sich der vordere oder der hintere Reifen zu einer bestimmten Zeit befinden, sondern die Bewegung des Autos insgesamt. Als Vereinfachung der Betrachtung wird der Körper auf einen Massenpunkt reduziert.

Merke

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Als Massenpunkt (auch: Punktmasse) wird in der Physik ein idealisierter Körper bezeichnet. Hierbei stellt man sich die Masse des betrachteten Körpers in seinem Schwerpunkt zentriert vor. Ziel dieser Idealisierung ist die vereinfachte Beschreibung der Bewegung eines Körpers. Dabei wird die Dimensionierung des Körpers vernachlässigt, da diese für die angestellten Untersuchungen belanglos ist. Der Körper wird also ausschließlich bezogen auf seinen Ort und seine Masse beschrieben.

Das Konzept des Massenpunktes unterliegt zwei Bedingungen, welche erfüllt sein müssen:

  1. Der Körper darf sich nicht verformen oder in sich bewegen. Dies ist bei einem starren Körper exakt erfüllt. Bei einem starren Körper bleiben die Abstände zwischen den einzelnen Teilen des Körpers immer gleich. Für das oben genannte Auto bleiben die Abstände zwischen vorderem und hinterem Reifen mit der Zeit und der Bewegung immer unverändert. Es ist so möglich von der Lage eines Punktes auf dem Körper auf die Lage der anderen Punkte auf dem Körper zu schließen. Bei einem nicht-starren Körper wie z.B. einem Vogel ist dies nicht exakt erfüllt, da sich z.B. die Lage der Flügelabstände ändert. Es ist aber möglich die ungefähre Lage zu schätzen, da die Abstände der beiden Flügel zueinander in einem bestimmten Bereich variieren.

  2. Der Körper darf nicht rotieren. Bei einem rotierenden Körper befindet sich ein Teil der Bewegungsenergie in der Rotation.

Massenpunkt
Massenpunkt eines Autos

In der obigen Grafik ist ein Auto zu sehen. Bei einem Auto handelt es sich um einen starren Körper, die Beschreibung der Bewegung des Autos kann also durch seinen Massenpunkt erfolgen. Hierbei wird der Schwerpunkt des Körpers herangezogen. Die gesamte Masse, also das gesamte Gewicht des Autos wird in diesem Schwerpunkt konzentriert. 

Es wird als Nächstes die Bewegung eines Massenpunktes betrachtet. Zunächst wird auf die allgemeine Bewegung eines Massenpunktes eingegangen.