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Translation (Physik)
Eine Translation (auch reine Translation, lineare Bewegung) ist eine Bewegung, bei der alle Punkte eines physikalischen Systems, z. B. eines starren Körpers …
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Grundidee der Translation
Eine Translation, auch reine Translation oder lineare Bewegung genannt, ist eine Bewegung, bei der alle Punkte eines physikalischen Systems dieselbe Verschiebung erfahren. Das kann zum Beispiel für einen starren Körper gelten. Zu einem bestimmten Zeitpunkt haben alle Punkte des Systems die gleiche Geschwindigkeit und die gleiche Beschleunigung. Ihre Bahnen, die Trajektorien, verlaufen parallel zueinander.
Ein Beispiel aus dem Artikel ist eine Kompassnadel, die durch ein homogenes Magnetfeld geführt wird: Wenn alle Punkte der Nadel gleich verschoben werden, liegt eine Translationsbewegung vor.
Abgrenzung zur Rotation
Die Translation unterscheidet sich von der Rotation. Bei einer Rotation bewegen sich die Punkte eines Systems oder Körpers kreisförmig um eine gemeinsame Achse.
Jede beliebige Bewegung eines starren Körpers kann als Überlagerung von Translation und Rotation beschrieben werden. Ein freier Körper im Raum besitzt drei Freiheitsgrade der Translation und drei Freiheitsgrade der Rotation. Ein Freiheitsgrad beschreibt dabei eine unabhängige Bewegungsmöglichkeit. Bei ebenen Problemen gibt es nur zwei Freiheitsgrade der Translation und einen Freiheitsgrad der Rotation.
Wichtige Spezialfälle
Eine Translation heißt geradlinig, wenn keine Beschleunigungen quer zur Bewegungsrichtung auftreten.
Sie heißt gleichförmig und geradlinig, wenn überhaupt keine Beschleunigungen auftreten.
Sie heißt gleichmäßig beschleunigt, wenn nur eine Beschleunigung auftritt, die nach Richtung und Betrag konstant ist.
Sie heißt ungleichmäßig beschleunigt, wenn die Beschleunigung nicht konstant ist.
Welche Beschleunigungen im konkreten Fall auftreten, hängt von den äußeren Kräften ab. Das wird durch die Grundgleichung der Mechanik beschrieben.
Impuls und Bewegungsenergie
In der klassischen Mechanik hat ein Körper, der eine Translation ausführt, einen Impuls. Der Impuls ist eine Größe, die Masse und Geschwindigkeit verbindet:
{\vec p}=m\,{\vec v}
Außerdem besitzt der Körper eine Translationsbewegungsenergie:
E_{\mathrm{trans}}={\frac{1}{2}}\,m\,{\vec v}^{2}
Dabei ist m die Masse des Körpers und {\vec v} die Geschwindigkeit seines Schwerpunkts.
Raum-Zeit-Translation
Eine Raum-Zeit-Translation, auch Raumzeit-Translation genannt, ist eine Parallelverschiebung in der Raumzeit. Die Raumzeit wird dabei als vierdimensionaler Minkowski-Raum der Speziellen Relativitätstheorie aufgefasst. In diesem Zusammenhang wird sie als eben verstanden, nicht als gekrümmt wie in der Allgemeinen Relativitätstheorie.
Raum-Zeit-Translationen enthalten neben einer Ortsverschiebung auch eine Verschiebung des zeitlichen Nullpunkts. Sie bilden, ebenso wie rein räumliche und rein zeitliche Translationen, eine Translationsgruppe ({\mathcal T},\circ).
