Bezugrahmen

Bezugrahmen bezeichnet in der Physik und Technik den Rahmen oder das Koordinatensystem, von dem aus Positionen, Bewegungen und Beschleunigungen gemessen und beschrieben werden. Wichtige Elemente sind Ursprung, Orientierung der Achsen und die Einheiten. In einem Bezugrahmen werden kinematische Größen wie Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung relativ zu diesem Rahmen definiert.

In der klassischen Mechanik unterscheidet man oft zwischen inerten und nicht-inerten Bezugrahmen. In einem inerten Bezugrahmen gelten Newtonsche Gesetze in ihrer einfachsten Form; in nicht-inerten Rahmen erscheinen Trägheitskräfte wie Scheinkräfte (Coriolis- und Fliehkraft). Der Wechsel zwischen Bezugrahmen erfolgt durch Transformationen. Für Bewegungen bei niedrigen Geschwindigkeiten liefert die Galilei-Transformation die Beziehung zwischen Koordinaten verschiedener Rahmen, bei hohen Geschwindigkeiten die Lorentz-Transformation der speziellen Relativitätstheorie. In der Allgemeinen Relativitätstheorie wird die Beschreibung von Bewegungen durch lokale Bezugrahmen in gekrümmtem Raum geführt, deren Orientierung durch Gravitationsfelder bestimmt wird.

Koordinatensysteme innerhalb eines Bezugrahmens können kartesisch, zylindrisch oder sphärisch sein; Rotationen der Achsen werden durch Rotationsmatrizen oder Quaternionen beschrieben. Die Wahl eines Bezugrahmens wird oft durch Vereinfachung der Gleichungen oder durch den Bezug zu Messgrößen wie der Erde oder einem Messinstrument bestimmt.

Bezugrahmen finden Anwendungen in der Physik, Astronomie, Navigation, Geodäsie, Robotik und Computergraphik. Der Begriff ist eng verbunden mit dem Konzept des Bezugssystems; in der Praxis werden beide Begriffe je nach Fachgebiet verwendet, um zu betonen, wie Beobachter Messwerte ordnen.