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Geschwindigkeitsmessung

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Dieser Artikel wurde den Mitarbeitern der Redaktion Physik zur Qualitätssicherung aufgetragen. Wenn Du Dich mit dem Thema auskennst, bist Du herzlich eingeladen, Dich an der Prüfung und möglichen Verbesserung des Artikels zu beteiligen. Der Meinungsaustausch darüber findet derzeit nicht auf der Artikeldiskussionsseite, sondern auf der Qualitätssicherungs-Seite der Physik statt.

Diesem eher technisch orientierten Artikel fehlt die Anbindung an die Artikel zu physikalischen Größen. Ist das ein allgemeines Problem? Sind allein stehende Artikel zur Messung einer Größe sinnvoll? Oder sollten das als Abschnitt in den Hauptartikel zur Größe integriert werden.-<(kmk)>- 14:24, 20. Mai 2009 (CEST)

Bei einer Geschwindigkeitsmessung wird mit Hilfe technischer Einrichtungen herausgefunden, welche Geschwindigkeit ein Objekt hat. Dieser Artikel bietet eine Übersicht der Wirkprinzipien.

Berechnende Verfahren ermitteln die Durchschnittsgeschwindigkeit im betrachteten Weg- oder Zeit-Abschnitt. Wenn dieser Abschnitt sehr klein ist, wird annähernd die Momentangeschwindigkeit gemessen. Meßmethoden die physikalische Effekte nutzen und nicht träge reagieren, messen die Momentangeschwindigkeit. Weiterhin können bei der Auswertung der Geschwindigkeitsverteilung die Maximal- und die Minimalgeschwindigkeit ermittelt werden.

[Bearbeiten] Berechnende Verfahren

[Bearbeiten] Zeitmessung einer Wegstrecke

Mit Lichtschranken, Ultraschallschranken, Mikrowellenschranken, oder mit anderen schaltenden Sensoren wird die Zeit $t$ gemessen, die das Objekt für einen bestimmten Weg $x$ benötigt.

Die Geschwindigkeit $v$ wird berechnet mit $v = {x \over t}$ .
Mit der Tachymeter-Skale der Stoppuhr wird die Geschwindigkeit einfacher durch eine Multiplikation berechnet. Anwendung im modernen Tachometer, beim Sport, bei der Geschwindigkeitsüberwachung im Straßenverkehr, beim Log (Messgerät).

[Bearbeiten] Wegmessung in festen Zeitabständen

Wenn die Position, Entfernung oder der zurückgelegte Weg ( $x = x 2 - x 1$ ) zu zwei Zeitpunkten ( $t 1$ und $t 2$ ) bekannt sind, berechnet sich die Geschwindigkeit mit $v = \frac {x_2 - x_1}{t_2 - t_1} = \frac {\Delta x}{\Delta t} = \dot x (t)$ .
Die Position kann mit GPS, Laufzeitmessung von Laser- oder Radarimpulsen oder optisch mit Kameras gemessen werden. Weitere Verfahren siehe Entfernungsmessung. Anwendung z. B. bei der Laserpistole, optische Geschwindigkeitsmessung in Walzwerken.

[Bearbeiten] Integration der Beschleunigung

Aus der gemessenen Beschleunigung a kann durch Integration die Geschwindigkeit ermittelt werden.

$v_{Ende} = v_{Anfang} + \int_{0}^{t} a\, \mathrm{d}t$

Fehler bei der Integration können durch Kontrolle mit anderen Sensoren herausgerechnet werden. Anwendung im Maschinenbau, bei Rütteltischen, in der Avionik. (siehe Inertiales Navigationssystem)

[Bearbeiten] physikalische Effekte

[Bearbeiten] Elektromagnetische Induktion

Nach dem Induktionsgesetz ist die Spannung in einer Spule proportional zur Geschwindigkeit der Änderung des magnetischen Flusses. Dieses Prinzip nutzen Tachogeneratoren, Impeller, Tauchspulgeräte, Wirbelstromaufnehmer

[Bearbeiten] Doppler-Effekt

Wenn Radar- oder Laserstrahlen von einem Objekt reflektiert werden, haben diese Strahlen eine höhere Frequenz, wenn sich das Objekt auf den Betrachter zu bewegt. Dieser Frequenzunterschied des Doppler-Effektes wird ausgewertet.

Anwendung in der Laserdoppler-Anemometrie, bei der Verkehrsüberwachung, Avionik

[Bearbeiten] Staudruckmessung

Mit einer Prandtlsonde wird die Differenz $p d y n$ zwischen Staudruck und statischem Druck gemessen. Die Strömung muss wirbellos sein dann gilt: $v = \sqrt{\frac {2 \cdot p_{dyn}}{\rho} } \quad \mid \rho =$ Dichte

Anwendung zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Flugzeugen, Schiffen, Strömungsgeschwindigkeit von Gasen und Flüssigkeiten.

[Bearbeiten] Wärmeabgabe

Ein durch elektrischen Strom erhitzter Draht wird durch die ihn umströmende Luft abgekühlt. Die Widerstands- oder Längenänderung des Drahtes wird gemessen.

Anwendung im Hitzdrahtanemometer, Schnelleempfänger

[Bearbeiten] Laufzeitmessung von Schall

Breitet sich eine Schallwelle parallel oder schräg zur Geschwindigkeitsrichtung eines Gases aus, kann dessen Geschwindigkeit aus den Laufzeiten berechnet werden.

Anwendung im Ultraschall-Durchflussmesser

[Bearbeiten] weitere Verfahren

Oft wird die geradlinige Bewegung in eine Drehzahl gewandelt, die dann gemessen wird: siehe Drehzahlmessung.
Über die Auswertung der Strömungsgeschwindigkeit können auch Durchflüsse in Rohren und die resultierenden Kräfte bestimmt werden. siehe Durchflussmessung.
Es gibt optische Verfahren der Geschwindigkeitsmessung, die Bildfolgen von Kameras auswerten und den optischen Fluss bestimmen. So funktioniert z.B. optische Mäuse. Es gibt aber noch viele andere Anwendungen. Ein weiteres Verfahren, das mit Kameras Messobjekte beobachtet daraus Geschwindigkeiten ermittelt ist das optische Ortsfilterverfahren zur 2-D-Geschwindigkeitsmessung der Fraunhofer-Gesellschaft (siehe Weblink). Es nutzt statistische Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Messobjekts aus.

[Bearbeiten] Anwendungen

[Bearbeiten] Zu Lande

Die Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs wird am Tachometer angezeigt, der die Ausgangsdrehzahl des Getriebes misst.
Im Straßenverkehr werden Geschwindigkeiten oft durch die bei den Verkehrsteilnehmern unbeliebten Radarfallen gemessen. Zur Messung wird hierbei der Dopplereffekt genutzt. Weitere Messverfahren wie Lichtschranke, Laserpistole und mehr, sind im Hauptartikel Geschwindigkeitsüberwachung im Straßenverkehr beschrieben.
Die Geschwindigkeitsmessung von Luftströmungen in technischen Anlagen wird mit Hilfe eines Anemometers vorgenommen.
Im privaten Bereich kann durch ein Stroboskop die Abspielgeschwindigkeit (Drehzahl) eines Plattenspielers gemessen und anschließend frisch justiert werden.
Im Sport sind Geschwindigkeitsmessanlagen weit verbreitet. Von Auto- und Motorradsportwettbewerben reichen die Einsatzmöglichkeiten bis hin zu Wintersportarten wie Skifahren und Skispringen. Das Passieren von Laser-Lichtschranken zu Beginn, an Zwischenpunkten und am Ende der Strecke gestattet sowohl Zeitnahme wie Ermittlung der Geschwindigkeit.
In der industriellen Produktion werden Geschwindigkeiten in fast allen kontinuierlich arbeitenden Produktionen (z.B. Walzwerke, Papierwerk) gemessen.

[Bearbeiten] Zu Wasser

In der Nautik spricht man bezüglich Geschwindigkeitsmessung vom Log oder auch der Logge. Der Fahrtmesser klärt über das Tempo auf.
Ein Impeller dient zur Geschwindigkeitsermittlung von Wasserfahrzeugen. Dabei treibt der Impeller einen Generator an, dessen erzeugte elektrische Spannung, auf Fahrt umgerechnet, angezeigt wird.

[Bearbeiten] In der Luft

Bei einem Luftfahrzeug ist die Kenntnis über seine Fluggeschwindigkeit unerlässlich. Der Staudruck wird bei Flugzeugen zur Geschwindigkeitsmessung benutzt, das Pitotrohr ist ein geeignetes Messinstrument. Die Steiggeschwindigkeit misst das Variometer über die Luftdruckänderung.
2006 soll das Meteosat-System durch einen Wettersatelliten des neuen EUMETSAT Polar Systems (EPS) ergänzt werden. Ein Mikrowellenradar zur Messung von Windgeschwindigkeiten in unterschiedlichen Höhen über dem Meer ist dort vorgesehen.

[Bearbeiten] In Wissenschaft und Forschung

In der Astronomie sind die Bewegungen der Gestirne von Interesse. Die Apexbewegung muss bei der Auswertung von Geschwindigkeitsmessungen in der Milchstraße berücksichtigt werden, um aus der Relativgeschwindigkeit zur Sonne Rückschlüsse auf die tatsächlichen galaktischen Bewegungen ziehen zu können. Der Beitrag über Sonnenapex enthält weitere Informationen.
Otto Stern brachte 1920 die direkte Messung der Geschwindigkeit von Silberatomen fertig.

[Bearbeiten] Weblinks

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Geschwindigkeitsmessung - En savoir plus

Encyclopédie Recherche.fr - Geschwindigkeitsmessung

Rencontre Geschwindigkeitsmessung - Articles à la une

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