Dynamik (Physik)

Die Dynamik (altgriechisch δύναμις dýnamis, deutsch ‚Kraft‘) ist das Teilgebiet der Mechanik, das sich mit der Wirkung von Kräften befasst. In der Physik wird unter Dynamik die Beschreibung der Bewegung von Körpern in ihrer Abhängigkeit von den einwirkenden Kräften verstanden.

Strukturierung der Mechanik unter dem Gesichtspunkt der beteiligten Kräfte (typisch für die Physik)
Mechanik                                             Kinematik Bewegungsgesetze ohne Kräfte   Dynamik Wirkung von Kräften                                             Statik Kräfte im Gleichgewicht ruhender Körper   Kinetik Kräfte verändern den Bewegungszustand

Im allgemeineren Sinn bezeichnet Dynamik in der Physik das (zeitliche) Verhalten eines dynamischen Systems und der Bewegungsgleichungen, die ihm zugrunde liegen.

Es existieren unterschiedliche Einteilungen der Dynamik.

Physik

In der Physik wird die Dynamik eingeteilt in die Statik, die den Fall des Kräftegleichgewichts behandelt (unbeschleunigte Körper) und in die Kinetik, die sich mit beschleunigten Körpern befasst. Im Unterschied dazu beschränkt sich die Kinematik als weiteres Gebiet der Mechanik auf eine geometrische Beschreibung der Bewegungen, ohne dabei Kräfte zu berücksichtigen.

Technische Mechanik

Die Dynamik in der Technischen Mechanik
Technische Mechanik                                                           Statik   Dynamik   Festigkeitslehre                                             Kinematik   Kinetik

In der Technischen Mechanik wird die Dynamik als Lehre von den Bewegungen fester Körper verstanden. Mit Gasen und Flüssigkeiten befasst sich dagegen die Fluiddynamik. In der Technischen Mechanik wird die Dynamik meist eingeteilt in^[1][2][3]

• die Kinematik, die keine Kräfte berücksichtigt, sondern nur geometrisch die Bahnen der bewegten Körper beschreibt und
• die Kinetik, die auch Kräfte berücksichtigt.

Die Dynamik ist somit neben der Statik und der Festigkeitslehre eines der drei Hauptgebiete der Technischen Mechanik. Zum Teil wird auch die Auffassung vertreten, dass die Dynamik aus den beiden Gebieten der Statik und der Kinetik besteht,^[4][5][6] die entsprechenden Werke sind jedoch bei allen Autoren in drei Bände oder Kapitel unterteilt, von denen je eines die Statik und die Festigkeitslehre behandeln und ein weiteres Kinetik und Kinematik. Zum Teil werden diese Bände als Dynamik bezeichnet, teils auch als Kinetik und Kinematik^[7] oder nur Kinetik^[8] bezeichnet. Zu den Inhalten zählen die Kinematik und Kinetik von einzelnen Punktmassen, von mehreren Punktmassen und von starren Körpern sowie Schwingungen. Wenn in Problemstellungen die Trägheitskräfte mit einbezogen werden, lassen sie sich mit Methoden der Statik lösen. Insofern baut die Dynamik methodisch auf der Statik auf und wird daher erst nach der Statik gelehrt.^[9][10]

Die Dynamik kennt folgende Unterbereiche umfassenderer Bedeutung:

• Maschinendynamik
• Baudynamik
• Fahrzeugdynamik
• Rotordynamik

Begriffsgeschichte

Der Name „Dynamik“ für die Lehre von den Kräften wurde 1695 von Gottfried Wilhelm Leibniz in seinem Specimen Dynamicum eingeführt. In Anlehnung an die Lehre von Aristoteles verstand Leibniz allerdings unter „Kraft“ die dem jeweiligen Körper innewohnende „Materieeigenschaft“, die ihn bewegt. Diese identifizierte er im Wesentlichen mit dem, was heute als die kinetische Energie des Körpers bezeichnet wird. In der auf Isaac Newton zurückgehenden klassischen Mechanik dagegen ist die Materie absolut passiv, und das Einwirken einer äußeren Kraft verändert ihren Bewegungszustand, wie im zweiten Newtonschen Gesetz von 1687 definiert und von Leonhard Euler 1739 explizit in der heute üblichen Formel ${\displaystyle F=ma}$ festgelegt.^[11]

Weblinks

Wikibooks: Dynamik – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise

1. Horst Herr: Technische Mechanik – Statik, Dynamik, Festigkeitslehre. 2008, Vorwort, S. 2–4.
2. Ulrich Gabbert, Ingo Raecke: Technische Mechanik für Wirtschaftsingenieure. Hanser, 4. Auflage, 2008, S. 213.
3. Mahir Sayir, Stephan Kaufmann: Ingenieurmechanik 3 – Dynamik. Springer 2. Auflage, 2015, S. 9.
4. Jürgen Dankert und Helga Dankert: Technische Mechanik. Springer, 7. Auflage, 2013, S. 457.
5. Gross, Hauger, Schröder, Wall: Technische Mechanik 3 – Kinetik. Springer, 13. Auflage, 2015, S. 1.
6. Mahnken: Lehrbuch der Technischen Mechanik – Dynamik. Springer, 2. Auflage, 2012, S. 3.
7. Dreyer u. a.: Technische Mechanik – Kinematik und Kinetik.
8. Gross u. a.: Technische Mechanik 3 – Kinetik.
9. Mahnken: Lehrbuch der Technischen Mechanik – Dynamik. Springer, 2. Auflage, 2012, Vorwort.
10. Mahir Sayir, Stephan Kaufmann: Ingenieurmechanik 3 – Dynamik. Springer, 2. Auflage, 2015, Vorwort und S. 27.
11. Max Jammer: Concepts of Force: A Study in the Foundations of Dynamics. Harvard U. P., Cambridge (Mass.) 1957; Harper, New York 1962; Dover, New York 1999. ISBN 0-486-40689-X.