Geschwindigkeitsrate

Geschwindigkeitsrate bezeichnet in der Physik die Änderungsrate der Geschwindigkeit eines Objekts über die Zeit. Da Geschwindigkeit der Betrag des Geschwindigkeitsvektors ist, beschreibt die Geschwindigkeitsrate dv/dt, wie schnell diese Größe zunimmt oder abnimmt. Der Begriff wird oft als Teil des umfassenderen Phänomens der Beschleunigung verwendet; die volle Änderung des Geschwindigkeitsvektors wird als Beschleunigung bezeichnet und ist ein Vektor.

Die Geschwindigkeitsrate ist eng mit der Tangentialbeschleunigung verbunden. In einer idealisierten Bahn lässt sich die Beschleunigung in eine tangentialen Komponente a_t = dv/dt und eine Normalkomponente a_n trennen, die durch die Krümmung der Bahn verursacht wird (a_n = v^2/ρ, mit ρ dem Krümmungsradius). Die Gesamtauswirkung der Beschleunigung ist dann a = a_t t_hat + a_n n_hat, wobei t_hat die Bahnrichtung und n_hat die Normalrichtung angibt.

Einheiten und Vorzeichen: Die Einheit von dv/dt ist Meter pro Sekunde pro Sekunde (m/s^2). Positive dv/dt bedeutet eine Zunahme der Geschwindigkeit; negatives dv/dt bedeutet eine Abnahme der Geschwindigkeit. Die Richtung der Geschwindigkeit kann sich unabhängig davon ändern, daher ist dv/dt eine skalare Größe (die Tangentialbeschleunigung), während die volle Beschleunigung a ein Vektor ist.

Anwendungsbeispiele: In der Fahrzeugdynamik wird dv/dt genutzt, um Beschleunigung oder Verzögerung zu quantifizieren; in der Raumfahrt, Robotik und Verkehrstechnik dient die Geschwindigkeitsrate zur Modellierung von Geschwindigkeitsprofilen. Messungen erfolgen oft durch Geschwindigkeitssensoren oder Beschleunigungsmessgeräte, wobei dv/dt aus zeitlichen Änderungen der Geschwindigkeit oder direkt aus der Beschleunigung abgeleitet wird.