Wie berechne ich eine Sprungschanze bei einer Murmelbahn genau?

1 Antwort

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Was Du hier machen willst, wird schräger Wurf genannt. Unter diesem Suchbegriff findest Du viele Erklärungen und Beispiele.

Z.B. auch hier: https://www.leifiphysik.de/mechanik/waagerechter-und-schraeger-wurf

Bevor du den schrägen Wurf berechnen kannst, mußt Du wissen, mit welcher Geschwindigkeit die Murmeln von der Sprungschanze abfliegen.

Du kannst das zwar mithilfe von Hangabtriebskraft, Masse, Beschleunigung abschätzen, aber das ist mühsam zu rechnen. Am einfachsten geht das mithilfe des Energieerhaltungsprinzips. Du überlegst, daß die Murmeln zu Beginn eine bestimmte potentielle Energie haben, die dann zu kinetischer Energie wird.

Ganz exakt bekommt man die Geschwindigkeit so oder so nicht, aber vielleicht sollst Du es für deine Aufgabe auch nicht genauer machen.

Wenn man die Murmelbahn wirklich bauen will, sollte man die Abfluggeschwindigkeit genauer wissen, und dafür muß man mehr berücksichtigen: Beim Rollen wird ein Teil der pot. Energie durch Reibung und Luftwiderstand zu Wärme, und ein Teil wird zu Rotationsenergie, weil die Murmel sich beim Rollen dreht. Darum fliegt die Murmel nicht ganz so schnell, wie die ungefähre Rechnung ergibt.

Falls Du so genau arbeiten willst, kannst Du die Rotationsenergie auch berechnen: https://www.leifiphysik.de/mechanik/drehbewegungen/grundwissen/rotationsenergie

JonasValentin03 
Fragesteller
 23.05.2022, 08:42

Kleines Update zur Bahn: Ich habe mehrere Rechnungen ausprobiert und kam auch auf ein Ergebnis. Wäre super wenn jemand das nochmal nachrechnen könnte und Fehler oder falsche Herangehensweisen aufzeigen könnte.

Als Ergebnisse hab ich:

  • Geschwindigkeit V1 am tiefsten Punkt der Rampe bei Startpunkt 1 mit einer Höhe von 0,35m = 2,620 m/s
  • Geschwindigkeit V2 am tiefsten Punkt der Rampe bei Startpunkt 2 mit einer Höhe von 0,25m = 2,215 m/s
  • Geschwindigkeit V1 beim Absprung = 1,852 m/s
  • Geschwindigkeit V2 beim Absprung = 1,566 m/s
  • Flugzeit t1 = 0,134s
  • Flugzeit t2 = 0,113s
  • Flugweite W1 = 0,176m
  • Flugweite W2 = 0,125m

Danke für eure Unterstützung.

Mfg

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Franz1957  23.05.2022, 14:04
@JonasValentin03

Die ersten beiden Werte, V1 = 2,620 m/s und V2 = 2,215 m/s, kann ich bestätigen.

Ab dann kann ich nichts mehr sagen, weil dafür mehr Information benötigt wird.

Welche Höhe hat der Punkt des Absprungs über dem tiefsten Punkt? Die potentielle Energie der Kugel nimmt bis zu diesem Punkt ja wieder zu und muß von ihrer kinetischen Energie abgezogen werden, bevor man aus ihr die Geschwindigkeit beim Absprung berechnet.

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JonasValentin03 
Fragesteller
 24.05.2022, 12:05
@Franz1957

Der Absprung erfolg sobald die rampe wieder 45 grad erreicht hat. Die genaue höhe weiß ich nicht. Ich habe mit der formel V = V1 x cos(45) gerechnet

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Franz1957  24.05.2022, 13:15
@JonasValentin03

Zwei Vorgehensweisen bieten sich an, um weiter zu kommen.

(a) Man arbeitet bewußt ungenau und behauptet, daß die Höhe des Absprungpunktes ungefähr Null ist und vernachlässigbar ist. Dann ist die Geschwindigkeit beim Absprung ungefähr gleich der Geschwindigkeit am tiefsten Punkt.

(b) Man ändert die Konstruktionszeichnung so, daß die Höhenangaben der Startpunkte sich auf den Absprungpunkt beziehen. Dann muß man nichts vernachlässigen. Die Tiefe der Kuhle vor dem Absprungpunkt kann uns ganz egal sein, weil allein der Höhenunterschied zwischen Startpunkt und Absprungpunkt die Energie festlegt, die die Murmel beim Absprung hat. Nur auf diese Energie kommt es für die weitere Rechnung an, denn aus ihr ergibt sich die Geschwindigkeit beim Absprung und der Rest wird als ein ganz normaler schräger Wurf gerechnet.

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JonasValentin03 
Fragesteller
 30.05.2022, 10:58
@Franz1957

b klingt besser. Wie genau muss ich das dann in meine Rechnung mit einbeziehen? Einfach nur die Höhe zwischen absprungpunkt und den tiefsten punkt von der gesamthöhe abziehen? Mfg

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Franz1957  30.05.2022, 12:15
@JonasValentin03

Ja, oder anders ausgedrückt: die Höhe des Absprungpunktes als Null festlegen. (Der Weg der Murmel durch die Kuhle führt dann durch negative Höhenwerte, aber dieser Wegabschnitt interessiert für die Sprungberechnung nicht, wenn man mit dem Energieerhaltungsprinzip arbeitet und die Reibung vernachlässigt).

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