Physikalische Anwendungen des Integrals?

3 Antworten

Du weißt über die Maschine zwei markante Punkte deiner unbekannten Leistungsfunktion P(t):

  • A(0 h | 7,20 MJ/h)
  • B(24 h | 2,51 MJ/h)

Weiterhin weißt du, dass deine Funktion exponentieller Natur ist und daher den folgenden Grundaufbau hat:

P(t) = na^t + P(0)

Da du nur zwei Punkte gegeben hast und der Aufbau der Funktionsgleichung drei Unbekannte beinhaltet, handelt es sich wahrscheinlich um eine natürliche Exponentialfunktion, also zur Basis e (Euler-Zahl!):

P(t) = ne^t + P(0)

Setzt du nun jeweils beide Punkte in die Gleichung ein, kommst du auf zwei Gleichungen und zwei Variablen. Behandle dies als Gleichungssystem und verwende Eliminierungs- oder Einsetzungsverfahren.

Die Fläche unter dem Graphen deiner Leistungsfunktion ist die Arbeit. Also nimmst du deine ermittelte Funktionsgleichung und leitest diese nach t auf um die Stammfunktion zu bilden. Diese beschreibt nämlich die Fläche unter dem Graphen. Nun berechnest du schlichtweg deren W(t)-Wert zum Zeitpunkt t = 24 h.

Mathematisch genauer berechnest du die Differenz von W(24 h) zu W(0 h). Man kann auch sagen, dass du deine Leistungsfunktion P(t) in den Grenzen 24h und 0 h integrierst.

Hallo,

7,2*e^(24k)=2,51 mit Hilfe des natürlichen Logarithmus nach k auflösen, danach

f(t)=e^(kt) von t=0 bis t=24 integrieren.

F(t)=(1/k)*e^(kt)+C

Herzliche Grüße,

Willy

partykind 
Fragesteller
 11.10.2018, 22:36

als ich hab jz das k und jz somit P(t)=7,2*0.95704^t

nur wie tu ich das integrieren ? Bitte hilf mir!

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Willy1729  12.10.2018, 05:54
@partykind

Dein k stimmt nicht, Dein P(t) ist auch falsch.

Wohin ist denn das e verschwunden?

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Willy1729  12.10.2018, 06:03
@Willy1729

Dein P(t) stimmt doch. Du hast nur einen Ansatz ohne e genommen.

0,95704^t kannst Du in e^(t*ln(0,95704)) umschreiben.

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zuerst alles in SI-Einheiten umrechnen,siehe Physik-Formelbuch,was man privat in jeden Buchladen bekommt.

7,2 MJ/h=7200000 J/3600s=2000 W (Watt)

2,51 MJ/h=697,22 W

"exponetielle Abnahme"

N(t)=No*a^t

0<a<1 mit P(t)=Po*a^t hier ist Po=2000 W und P(24)=697,22 W und t=24 Std

697,22/2000=a^24

a=24.te Wurzel(697,22/2000)=0,957

Probe P(24)=2000 W*0,957^24=696,49 W bis auf Rundugsfehler genau

aus dem Physik-Formelbuch

P=W/t ergibt W=P*t wenn P=konstant

W=Integral(P(t)*dt mit P(t)=Po*a^t Konstanten können vor das Integralzeichen gezogen werden

siehe Mathe-Formelbuch Integrationsregeln und Grundintegrale

Integral a^x=a^x/ln(a)+C

W=Po*Integral(a^t*dt)=2000 W*Integral(0,957^t*dt)

W=2000 W(0,957^t/ln(0,957)+C

W=obere Grenze minus untere Grenze dabei fällt die Konstante C weg

obere Grenze to=24 Std. untere Grenze tu=0 Std.

Den rest schaffst du selber.

Prüfe auf Rechen- und Tippfehler.

Woher ich das weiß:Studium / Ausbildung – hab Maschinenbau an einer Fachhochschule studiert
michiwien22  11.10.2018, 22:17

Du kannst nicht s mit h mischen. Da kommt natürlich was falsches raus.

Ansatz richtig, Rechnung falsch.

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fjf100  12.10.2018, 17:34
@michiwien22

Hast recht! Man muß natürlich hier Sekunden anwenden,weil ja Po=2000 W=2000 J/Sekunde

Ich muß mal eine Proberechnung machen.

Einmal mit t=24 Std, und einmal mit t in Sekunden.

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michiwien22  12.10.2018, 17:57
@fjf100

Ist schon inOrdnung wie du es machtest, es kommt das richtige raus in Wh. Habe es nachgerechnet: ~106 MJ.

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fjf100  12.10.2018, 18:53
@michiwien22

Problem:Ich mache hier keine Kontrollrechnung,weil mir das zu viel Arbeit ist,die man mir nicht bezahlt.

Man muß natürlich immer vorsichtig sein,wenn es um vermischte Einheiten geht.

Grundsätzlich immer auf SI-Einheiten umrechnen

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michiwien22  12.10.2018, 18:55
@fjf100

du hast es ja fast fertig gerechnet ;-)

mit dem Ansatz von Willy (der eigentlich der gleiche ist) kommt das selbe raus.

Die Zahlenwerte stimmen, ich habs gestern nachgerechnet. Zuerst dachte ich, es gäbe da einen Fehler, aber dann habich gesehen, dass es passt.

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fjf100  12.10.2018, 23:54
@michiwien22

Ich habe mal eine Probe durchgerechnet mit den Werten

Po=2000 W (Watt) und P(1)=200 W (Watt) nach 1 Minute

und 1 min=60 s und habe da 2 verschiedene Ergebnisse.

1) mit t=1 min

200/2000=0,1=a^1 wergibt a=0,1

Probe: P(1)=2000 W*0,1^1=200 W

Integriert ergibt W=2000 W*(0,1^t/ln(0,1))+C

mit tu=0 und to=1 min

W=(2000 *0,1^1/ln(0,1)) - (2000*0,1^0/ln(0,1)=-86,85 +868,58=781,7..Joule

nun in Sekunden 1 min=60 s

200/2000=0,1=a^60 ergibt a=0,96235...

Probe: P(t)=2000 W*0,96235^60=200 W (Watt) integriert

W=(2000*0,96235^60/ln(0,96235)) -(2000*0,96235^0/ln(0,96235))=

-5211,24 +52114,45=46903,2 Joule

Also 2 verschiedene Ergebnisse.

Du hast somit Recht gehabt,daß man als Zeit "t" Sekunden einsetzen muß

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