Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Physik Abitur
  3. 2 Mechanik
  4. 2.2 Kinematik
  5. 2.2.1 Beschreibung von Bewegungen
  6. Bezugssysteme

Bezugssysteme

Um den Ort und die Bewegung von Körpern oder ihren energetischen Zustand eindeutig beschreiben zu können, muss ein Bezug zu einem Vergleichskörper hergestellt werden, auf den sich die Angaben beziehen. Zur genauen Kennzeichnung des Ortes, an dem sich ein Körper jeweils befindet, ist darüber hinaus ein Koordinatensystem erforderlich.
Einen Bezugskörper und ein damit verbundenes Koordinatensystem bezeichnet man als Bezugssystem.
Seine Wahl ist willkürlich und zumeist dem jeweiligen Zweck angepasst. Dabei ist zwischen unbeschleunigten und beschleunigten Bezugssystemen zu unterscheiden.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Was ist ein Bezugssystem?

Zur Kennzeichnung des Ortes oder der Bewegung von Körpern ist ein Koordinatensystem erforderlich, das zumeist mit einem bestimmten Bezugskörper verbunden ist (Bild 1).

Ein Koordinatensystem mit dem entsprechenden Bezugskörper bezeichnet man als Bezugssystem.

In Bild ist ein solches Bezugssystem dargestellt, bei dem die Erdoberfläche als Bezugskörper gewählt ist.

  • Als Bezugskörper wählt man häufig die Erdoberfläche oder einen fest mit ihr verbundenen Körper (z.B. Baum, Berg). Das mit diesem Körper verbundene Koordinatensystem ermöglicht es, den Ort eines Körpers durch Angabe von Koordinaten genau zu charakterisieren. Im dargestellten Fall lässt sich die Lage eines Körpers in der x-y-Ebene angeben.

Will man die Bewegung eines Körpers im Raum eindeutig kennzeichnen, so ist ein räumliches Koordinatensystem erforderlich, so wie das in Bild 2 dargestellt ist. Darüber hinaus benötigt man auch noch eine Uhr, um z.B. den zeitlichen Ablauf von Bewegungen erfassen zu können.

Räumlich kann man die Lage eines Körpers auch mithilfe eines Ortsvektors erfassen. Ein solcher Ortsvektor ist ein Vektor, der vom Ursprung des Koordinatensystems bis zum betreffenden Körper verläuft.

  • In einem räumlichen Koordinatensystem wird der jeweilige Ort eines Körpers durch die betreffenden Koordinaten x, y und z gekennzeichnet.

In der Physik verzichtet man meist auf die relativ komplizierte räumliche Betrachtung und beschränkt sich auf eine Raumrichtung und die Zeit. Damit erhält man einfach zu überschauende Sachverhalte, die sich auch mathematisch gut beschreiben und grafisch veranschaulichen lassen (Bild 3). Damit lassen sich insbesondere Ortsveränderungen (Bewegungen) relativ einfach beschreiben. Statt mit Ort-Zeit-Diagrammen arbeitet man häufig mit Weg-Zeit-Diagrammen, Geschwindigkeits-Zeit-Diagrammen oder Beschleunigung-Zeit-Diagrammen.

Ruhe und Bewegung

Die Antwort auf die Frage, ob sich ein Körper bewegt oder ob er in Ruhe ist, hängt von der Wahl des Bezugssystems ab.
Ein Körper ist in Bewegung, wenn er seine Lage gegenüber einem Bezugssystem verändert. Er ist in Ruhe, wenn er seine Lage gegenüber einem Bezugssystem nicht ändert. Jede Bewegung ist somit relativ und kann nur gegenüber einem Bezugsystem angegeben werden. Man spricht deshalb auch von der Relativität der Bewegung bzw. der Ruhe.
Häufig ist das gewählte Bezugsssystem ein mit der Erdoberfläche verbundenes Koordinatensystem. Es kann aber auch ein beliebiges anderes Bezugssystem gewählt werden. Sitzt man z. B. in einem fahrenden Zug still, so ist man sowohl in Ruhe als auch in Bewegung. Gegenüber dem Zug ist man in Ruhe, denn man ändert seine Lage gegenüber dem Zug nicht. Gleichzeitig fährt aber der Zug mit hoher Geschwindigkeit auf den Gleisen entlang. Gemeinsam mit dem Zug ändert man seine Lage, z. B. gegenüber den Häusern an der Bahnstrecke (Bild 2).
Lange wurde in der Physik die Frage diskutiert, ob es ein absolut ruhendes Bezugssystem (einen absoluten Raum) gäbe, also ein bevorzugtes Bezugssystem. ALBERT EINSTEIN hat in der speziellen Relativitätstheorie gezeigt, dass es weder einen absoluten Raum noch eine absolute Zeit gibt. Genauere Informationen dazu sind unter den betreffenden Stichwörtern zu finden.

Unbeschleunigte Bezugssysteme

In der Physik ist zwischen unbeschleunigten und beschleunigten Bezugssystemen zu unterscheiden.
Ein Bezugssystem, in dem das newtonsche Trägheitsgesetz gilt, nennt man unbeschleunigtes Bezugssystem oder Inertialsystem, abgeleitet von inertia (lat.) = Trägheit. In solchen Inertialsystemen lassen sich die viele physikalische Gesetze, z.B. die Bewegungsgesetze, besonders einfach formulieren. Für solche unbeschleunigten Koordinatensysteme gilt:

Es gibt kein bevorzugtes Inertialsystem. Alle Inertialsysteme sind gleichberechtigt.

Jedes Bezugssystem, das sich zu einem Inertialsystem gleichförmig und geradlinig bewegt, ist ebenfalls wieder ein Inertialsystem.

Die Beschreibung von Bewegungen in einem Inertialsystem kann relativ einfach für ein anderes Inertialsystem umgerechnet werden. Die dazu erforderliche Koordinatentransformation wird als GALILEI-Transformation bezeichnet. Genauere Informationen dazu findet man unter dem betreffenden Stichwort.

Zu beachten ist: Ein mit der Erdoberfläche verbundenes Koordinatensystem kann nur näherungsweise als Inertialsystem angesehen werden, da die Erde um ihre Achse rotiert und damit jeder Punkt der Erdoberfläche eine beschleunigte Bewegung ausführt.

  • Beschreibung der Bewegung eines Körpers in einem Ort-Zeit-Diagramm mit Koordinaten (Bild links) oder mit Ortsvektoren (Bild rechts)

Beschleunigte Bezugssysteme

Jeder hat mit beschleunigten Bezugssystemen schon Erfahrungen gesammelt: In einem bremsenden Bus muss man sich festhalten, um nicht nach vorn zu fallen, beim Anfahren wirkt eine Kraft nach hinten. Bei einem Kettenkarussell wirkt eine Kraft radial nach außen.
Ein Bezugssystem, das fest mit einem Körper verbunden ist, der sich beschleunigt bewegt, wird als beschleunigtes Bezugssystem bezeichnet. Bild 4 zeigt dafür ein Beispiel.

Bezugssysteme und Relativitätstheorie

Die Auseinandersetzung mit der von ISAAC NEWTON (1643-1727) postulierten absoluten Zeit und dem absoluten Raum führten Anfang des 20. Jahrhunderts zu neuen Vorstellungen von Raum und Zeit, die ALBERT EINSTEIN (1879-1955) zusammenfassend in der speziellen Relativitätstheorie (SRT) formulierte. Das führte auch zu veränderten Auffassungen über Bezugssysteme. Genauere Informationen findet man im Abschnitt „Relativitätstheorie“ unter solchen Stichwörtern wie Raum und Zeit in der SRT, Grundaussagen der SRT, galileisches Relativitätsprinzip und LORENTZ-Transformation.

  • Die Kreisbewegung eines Körpers kann von einem Inertialsystem (ruhendem Bezugssystem) oder von einem beschleunigten Bezugssystem (mitrotierendem System) aus beschrieben werden.
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Bezugssysteme." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/bezugssysteme (Abgerufen: 09. June 2025, 11:43 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Koordinatensystem
  • galileisches Relativitätsprinzip
  • Albert Einstein
  • Isaac Newton
  • Lorentz-Transformation
  • Zeit
  • spezielle Relativitätstheorie
  • Ruhe
  • Raum
  • beschleunigtes Bezugssystem
  • unbeschleunigtes Bezugssystem
  • Galilei-Transformation
  • Inertialsystem
  • Bezugskörper
  • Ortsvektor
  • Relativität von Bewegung
  • Bewegung
  • Bezugssysteme
  • Relativität von Ruhe
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Relativität der Gleichzeitigkeit

Die Frage, ob zwei Ereignisse an verschiedenen Orten gleichzeitig stattfinden, ist nicht nur von theoretischem, sondern auch von praktischem Interesse. So benötigt man z.B. für viele Anwendungen (Satellitennavigationssysteme, Steuerung von Raumflugkörpern) eine weltweit abgestimmte Zeitskala, die durch Synchronisation von Atomuhren realisiert wird. Allgemein gilt:
Zwei Ereignisse an voneinander getrennten Orten erfolgen in einem Inertialsystem dann gleichzeitig, wenn das zur Zeit der Ereignisse ausgesendete Lichtsignal sich in der Mitte ihrer Verbindungslinie trifft.

Äthertheorie

Die Äthertheorie spielte bis in das 20. Jahrhundert hinein eine wichtige Rolle: Die Annahme eines Raumes, der mit einem Äther gefüllt sind, ermöglichte die Erklärung der Ausbreitung des Lichtes und anderer elektromagnetischer Wellen. Die Gültigkeit der Äthertheorie wurde erstmals durch die Experimente von MICHELSON und MORLEY infrage gestellt. Spätere Experimente bestätigten, dass es keinen Äther gibt.

Spezielle Relativitätstheorie im Original

ALBERT EINSTEIN, der 1905 die spezielle Relativitätstheorie veröffentlichte, stellte selbst die wichtigste Inhalte dieser Theorie in vielen Vorträgen und Veröffentlichungen dar. Dabei versuchte er die Grundgedanken der neuen Theorie in möglichst einfacher und gut überschaubarer Weise zu formulieren. Ein Beispiel dafür sind die nachfolgenden Auszüge aus einer Arbeit von ihm, die 1916 unter dem Titel „Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie“ veröffentlicht wurde.

Raum und Zeit in der klassischen Physik

Auffassungen über Raum und Zeit entwickelten schon die Philosophen der Antike. Entscheidende Schritte wurden mit der Herausbildung der klassischen Mechanik gegangen, insbesondere mit den Arbeiten von ISAAC NEWTON. Er postulierte einen absoluten Raum und eine absolute Zeit. Beide sollten unendlich ausgedehnt sein und unabhängig voneinander existieren. Erst ab Ende des 19. Jahrhunderts wurden diese Auffassungen infrage gestellt und mit der Relativitätstheorie von EINSTEIN neue Auffassungen über Raum und Zeit entwickelt.

Zwillingsparadoxon

Die Relativität der Zeitmessung wird häufig am Beispiel von Zwillingen diskutiert, die sich in zueinander bewegten Inertialsystemen befinden und wegen der Zeitdilatation unterschiedlich schnell altern. Bezeichnet wird diese Erscheinung als Zwillingsparadoxon.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025