Physikaufgabe: Zweidimensionale Bewegung?

2 Antworten

Zur Horizontalen Bewegung: Sobald das Paket abgeworfen wird hat es eine Startgeschwindigkeit von 180km/h=50m/s in horizontale Richtung (in x Richtung). Es wird nicht weiter beschleunigt (auch nicht negativ, der Luftwiderstand wird vermutlich vernachlässigt).

Zur Vertikalen Bewegung. Das Paket hat eine Startgeschwindigkeit von 0 m/s, wird aber mit a=g=-9,81 m/s^2 beschleunigt (das Minus kommt daher dass es ja fällt, also sich in negative y-Richtung bewegt). Außerdem wird es von der Höhe 30m abgeworfen. Die Bewegung in diese Richtung wird also durch die Gleichung r(t)= -9,81m/s^2 * t^2 + 0 * t + 30m beschrieben

Wir berechnen nun die Zeit wann das Paket am Boden ankommt. Das heißt der Ort in vertikale Richtung muss gleich 0 sein (bzw. die Höhe y muss null sein, in dem Fall ist das r(t) der Ort abhängig von der Zeit), also

0 = -9,81m/s^2 * t^2 + 0 * t + 30m, also

~3,06 s^2 = t^2

t = ~1,75s

Das Paket fällt also nur 1,75 Sekunden lang. Jetzt ist die Frage, wie weit sich das Paket in dieser Zeit in x Richtung bewegt. Wir setzen dazu t in die Ortsgleichung für die horitonale Bewegung ein

r(t) = 0 * t^2 + 50m/s * t + 0 = 50m/s * t

Setzen wir t ein erhalten wir

r(1,75) = 50m/s * 1,75s = 87,5m

Das Paket legt in der Zeit in der es fällt also in x Richtung 87,5 Meter zurück, muss also 87,5 Meter vorm Ziel abgeworfen werden.

Die Endgeschwindigkeit ist die Wurzel der Summe der Quadrate der Komponentengeschwindigkeiten am Ende.

Die y-Geschwindigkeit nach 1,75 Sekunden sind v(1,75)=2*9,81*1,75 =34,3m/s

Die x-Geschwindigkeit sind v(1,75) = 50m/s (Die Zeit kommt hier nicht vor, da ja in x Richtung keine Kraft wirkt).

Wir erhalten eine Endgeschwindigkeit von ~60,6 m/s

Es könnte sein dass ich irgendwo Rechenfehler eingeschlichen haben, ich übernehme also keine Haftung für die Zahlen, aber der prinzipielle Rechenweg stimmt.

MfG

Schulnoob05 
Fragesteller
 03.11.2020, 20:04

Also muss man das Paket 87,5 m vor dem Ziel abwerfen und die Geschwindigkeit mit der die Lieferung aufkommt ist ca. 60,6 m/s oder?

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Schulnoob05 
Fragesteller
 03.11.2020, 20:07

ok danke

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Schulnoob05 
Fragesteller
 03.11.2020, 20:23

Ich hab nochmal eine Frage. Du hast oben 0 = -9,81m/s^2 * t^2 + 0 * t + 30m gerechnet aber muss es nicht eigentlich 30m = 1/2 * -9,81m/s^2 * t^2 sein, weil die Formel ist doch soweit ich weiß s=1/2 * g * t^2 oder hab ich da was falsch verstanden?

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Amago  03.11.2020, 20:26
@Schulnoob05

Du startest ja bei Höhe 30 und möchtest wissen wann du auf Höhe 0 bist.

So wie du es aufschreibst bist du auf Höhe 0 und willst wissen wann du auf Höhe 30 bist. Das kannst du prinzipiell auch machen, musst dann aber das Vorzeichen von der Beschleunigung g umdrehen, damit du dann ja nicht mehr nach unten fällst, von 30 auf 0, sondern nach oben steigst, von 0 auf 30.

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Schulnoob05 
Fragesteller
 03.11.2020, 21:41

welche Formel hast du für die Endgeschwindigkeit benutzt? Ich komme nicht darauf

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Amago  03.11.2020, 23:55
@Schulnoob05

Die Endgeschwindigkeit ist die Wurzel der Summe der Quadrate der Komponentengeschwindigkeiten am Ende.

also Endgeschwindigkeit = Wurzel (34,3^2 + 50^2)

Pythagoras lässt Grüßen

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Zuerst berechnet man die Zeit, die das Paket (unter Vernachlässigung des Luftwiderstandes) braucht, um von 30 m Höhe unten anzukommen

h = g/2 * t² (g = 9,81 m/s², h = 30 m)

Dann berechnet man den Weg, den das Flugzeug in dieser Zeit zurücklegt (es fliegt mit 50 m/s). Dann weiß man, wo das Paket abzuwerfen ist.

Aus v = g * t kann man die Geschwindigkeit in z-Richtung (Höhe) berechnen, mit der das Paket unten aufschlägt. Dazu kommen die 50 m/s in x-Richtung (Flugrichtung).

Aus diesen beiden Geschwindigkeitskomponenten kann man (nach Pythagoras) die resultierende Gesamtgeschwindigkeit berechnen.