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Geschwindigkeitseinheiten und Umrechnungen

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Kurz erklärt: geschwindigkeitseinheiten und umrechnungen

Geschwindigkeit ist eine abgeleitete physikalische Größe, die angibt, welche Strecke ein Körper pro Zeiteinheit zurücklegt. Da sie sich aus der Division von Länge durch Zeit ergibt, besitzt Geschwindigkeit die Dimension L/T (Länge durch Zeit).

Im Alltag sind Kilometer pro Stunde (km/h) und Meilen pro Stunde (mph) die gebräuchlichsten Geschwindigkeitseinheiten; in der Wissenschaft wird Meter pro Sekunde (m/s) bevorzugt, in Seefahrt und Luftfahrt der Knoten. Die Lichtgeschwindigkeit nimmt unter den Geschwindigkeitseinheiten eine besondere Stellung ein, da sie eine absolute Obergrenze im Universum darstellt.

Physikalische Größe
Geschwindigkeit
Dimensionssymbol
[L/T]
Abgeleitete SI-Einheit
Meter pro Sekunde
SI-Einheitensymbol
m/s
Universelle Geschwindigkeitsgrenze
Lichtgeschwindigkeit ≈ 299.792.458 m/s

Was ist Geschwindigkeit?

Geschwindigkeit gibt die Strecke an, die ein Körper pro Zeiteinheit zurücklegt, und wird mit der Formel Geschwindigkeit = Strecke / Zeit berechnet. In der Physik wird technisch zwischen 'Bahngeschwindigkeit' (skalar, richtungslos) und 'Geschwindigkeit' (vektoriell, gerichtet) unterschieden, im Alltag werden beide Begriffe jedoch meist synonym verwendet.

Geschwindigkeit ist eine abgeleitete Größe; sie ergibt sich aus der Division der Längeneinheit durch die Zeiteinheit. Deshalb wird ihre SI-Dimension als L/T (beziehungsweise L¹T⁻¹) dargestellt.

Die SI-Einheit der Geschwindigkeit: Meter pro Sekunde

Im Internationalen Einheitensystem ist die abgeleitete Einheit der Geschwindigkeit Meter pro Sekunde (m/s); sie gibt an, dass sich ein Körper jede Sekunde einen Meter weit bewegt. In wissenschaftlichen Berechnungen und physikalischen Formeln ist dies die Standardeinheit.

Im Alltag wird statt Meter pro Sekunde meist Kilometer pro Stunde (km/h) verwendet, da Fahrzeuggeschwindigkeiten und Streckenlängen in diesem Maßstab intuitivere Zahlen ergeben. 1 m/s entspricht genau 3,6 km/h.

Kilometer pro Stunde und Meilen pro Stunde

Kilometer pro Stunde (km/h) ist in Ländern mit metrischem System, darunter auch Deutschland, die im Straßenverkehr standardmäßig verwendete Geschwindigkeitseinheit. Meilen pro Stunde (mph) wird dagegen in Ländern mit britischem Maßsystem wie den USA und dem Vereinigten Königreich bevorzugt.

1 mph entspricht etwa 1,60934 km/h. Dieser Unterschied ist eine praktische Fehlerquelle, die zu Verwechslungen führen kann -- etwa bei Tachoanzeigen importierter Fahrzeuge oder bei der Interpretation von Geschwindigkeitsbegrenzungen bei Mietwagen im Ausland.

Der Knoten: Geschwindigkeit in Seefahrt und Luftfahrt

Der Knoten (Seemeile pro Stunde) ist die in Seefahrt und Luftfahrt standardmäßig verwendete Geschwindigkeitseinheit; 1 Knoten bedeutet genau eine zurückgelegte Seemeile (1852 Meter) pro Stunde.

Der Name der Einheit Knoten geht historisch darauf zurück, dass man zur Geschwindigkeitsmessung von Schiffen ein mit Knoten markiertes Seil ins Wasser warf und zählte, wie viele Knoten in einer bestimmten Zeit durchliefen. Diese Methode wurde jahrhundertelang vor modernen Geschwindigkeitsmessgeräten eingesetzt.

Lichtgeschwindigkeit: die Geschwindigkeitsgrenze des Universums

Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum ist exakt auf 299.792.458 m/s festgelegt und stellt nach Einsteins spezieller Relativitätstheorie die absolute Obergrenze dar, die Information oder ein massebehafteter Körper im Universum erreichen kann.

Dass die Lichtgeschwindigkeit als exakte Zahl definiert ist (sie galt schon vor der SI-Revision 2019 als konstant), sorgt dafür, dass auch die aktuelle Definition des Meters auf dieser Konstante beruht -- ein Meter ist definiert als die Strecke, die Licht in 1/299.792.458 Sekunde zurücklegt.

Die Machzahl: Verhältnis zur Schallgeschwindigkeit

In der Luftfahrt werden hohe Geschwindigkeiten meist mit der Machzahl angegeben; sie beschreibt das Verhältnis der Geschwindigkeit eines Körpers zur Schallgeschwindigkeit im jeweiligen Medium (Mach 1 = Schallgeschwindigkeit). Die Schallgeschwindigkeit ist kein fester Wert, sondern hängt von Temperatur und Dichte der Luft ab (auf Meereshöhe etwa 343 m/s beziehungsweise 1235 km/h).

Deshalb kann dieselbe Machzahl bei unterschiedlichen Höhen und Temperaturen unterschiedlichen tatsächlichen Geschwindigkeiten (km/h oder m/s) entsprechen -- die tatsächliche Geschwindigkeit eines Flugzeugs bei Mach 0,85 variiert je nach Flughöhe.

Unterschied zwischen Durchschnitts- und Momentangeschwindigkeit

Die Durchschnittsgeschwindigkeit ergibt sich, indem die insgesamt zurückgelegte Strecke durch die insgesamt verstrichene Zeit geteilt wird, und liefert einen einzigen Wert für eine gesamte Fahrt. Die Momentangeschwindigkeit ist dagegen die Geschwindigkeit eines Körpers zu einem bestimmten Zeitpunkt und kann sich ständig ändern (Beschleunigen, Abbremsen, Anhalten).

Während der Tacho eines Fahrzeugs die Momentangeschwindigkeit anzeigt, wird die Durchschnittsgeschwindigkeit einer Fahrt meist nachträglich aus Gesamtstrecke und Gesamtdauer berechnet -- diese beiden Werte unterscheiden sich immer dann, wenn die Geschwindigkeit während der Fahrt nicht konstant bleibt.

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Zentimeter pro Sekundecm/sÖffnen

Quellen

  1. BIPM: The International System of Units (SI Brochure)
  2. NIST: Guide for the Use of the International System of Units

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