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Schiefer Wurf; Aufprallgeschwindigkeit und Höhe berechnen
 
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Gaast
Gast





Beitrag Gaast Verfasst am: 22. Aug 2020 10:19    Titel: Schiefer Wurf; Aufprallgeschwindigkeit und Höhe berechnen Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo zusammen,
bräuchte bei diser Aufgabe euere Hilfe.

Aus einer Höhe von 1,5m wird ein Ball gegen eine 5m weit entfernte Hochhauswand geworfen. Die Anfangsgeschwindigkeit sei 10m/s und der Winkel zur Horizontale 45°.
a) Bestimme Sie durch Berechnung, ob der Ball die Wand während des Aufsteigens oder während des Absinkens trifft.
b) Berechnen Sie die Höhe und die Geschwindigkeit, mit der der Ball auf die Wand trifft.

Meine Ideen:
also ich habe eine Skizze angefertigt.
vox= vo * cos 45°
voy= vo * sin 45°

x Richtung: gleichförmige Bewegung
vx(t)= vox *t= vo *cos 45°*t --> auf t auflösen: x/vo*cos(45)

y Richtung: gleichmäßig beschleunigte Bewegung
y(t)= voy-g*t= vo*sin 45*t-0,5g *t^2+ho(1,5m)

Aufprallgeschwindigkeit:
va= Wurzel aus vo^2+2*g*h
va= Wurzel aus 10^2+2*9,81*1,5 = 11m/s
weiter komme ich leider nicht.. irgendwo habe ich ein Denkfehler, kann mir jemand helfen?

Lg
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 22. Aug 2020 11:04    Titel: Antworten mit Zitat

Gaast hat Folgendes geschrieben:
irgendwo habe ich ein Denkfehler, kann mir jemand helfen?


Du hast in Deiner Energiebilanz die potentielle Energie im Aufprallpunkt vergessen und die potentielle Anfangsenergie mit falschem Vorzeichen versehen.
Gaast
Gast





Beitrag Gaast Verfasst am: 22. Aug 2020 13:24    Titel: Antworten mit Zitat

E= m*g*h woher weiß ich was m ist?

wo ist das falsche Vorzeichen?
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 22. Aug 2020 14:06    Titel: Antworten mit Zitat

Gaast hat Folgendes geschrieben:
E= m*g*h woher weiß ich was m ist?


m ist die Masse des Balles. Wenn Du allerdings wissen willst, wie groß m ist, so ist das nicht bekannt. Um die Aufgabe zu lösen, ist das auch nicht notwendig, wie Du selber bereits festgestellt hast.

Gaast hat Folgendes geschrieben:
wo ist das falsche Vorzeichen?


Sorry, da hab' ich mich vertan. Es fehlt allerdings , wie bereits gesagt der aus der potentiellen Endenergie herrührende Summand -2*g*hmax. Der hat dann das negative Vorzeichen.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5860
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 22. Aug 2020 14:32    Titel: Antworten mit Zitat

Jetzt mal systematisch

zu a)







Maximale Höhe





: Ball trifft Mauer in Sinkphase

: Ball trifft Mauer in Steigphase

: Ball trifft Mauer im Gipfelpunkt

b)

Auftreffgeschwindigkeit















Auftreffhöhe

GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 22. Aug 2020 18:12    Titel: Antworten mit Zitat

Aufgabenteil a) geht auch ein bisschen einfacher, wenn man anstelle der horizontalen Wege die Zeiten bis zur Mauer und bis zum (evtl. theoretischen) Gipfelpunkt vergleicht. Dazu ist es - auch für die Lösung der anderen Aufgaben - sinnvoll, die Anfangshöhe als Nullpotential zu definieren.

Sei die Zeit bis zum Gipfelpunkt tMax. Dann ist die Zeit für die vollständige Flugparabel (von Anfangshöhe bis End- = Anfangshöhe) aus Symmetriegründen gerade doppelt so groß. Dafür gilt



und die Zeit bis zur Wand bekanntermaßen



Für tMax < tWand wird die Wand in der Abwärtsbewegung getroffen,
für tMax > tWand wird die Wand in der Aufwärtsbewegung gettroffen.

Das ist leicht auszurechnen. Im vorliegenden Fall ist tMax > tWand. Demzufolge wird wird die Wand in der Aufwärtsbewegung getroffen.

Die Auftreffhöhe wird so, wie von Mathefix vorgegeben, berechnet, wobei ich zunächst die Höhendifferenz zur Anfangshöhe bestimmen würde. Mit den vorgegebenen Zahlenwerten ist das eine sehr einfache Rechnung.



Die Auftreffhöhe ist dann



Zur Berechnung der Auftreffgeschwindigkeit bietet sich dann der Energieerhaltungssatz an.



Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5860
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 22. Aug 2020 18:50    Titel: Antworten mit Zitat

GvC hat Folgendes geschrieben:
Aufgabenteil a) geht auch ein bisschen einfacher, wenn man anstelle der horizontalen Wege die Zeiten bis zur Mauer und bis zum (evtl. theoretischen) Gipfelpunkt vergleicht. Dazu ist es - auch für die Lösung der anderen Aufgaben - sinnvoll, die Anfangshöhe als Nullpotential zu definieren.

Sei die Zeit bis zum Gipfelpunkt tMax. Dann ist die Zeit für die vollständige Flugparabel (von Anfangshöhe bis End- = Anfangshöhe) aus Symmetriegründen gerade doppelt so groß. Dafür gilt





Das geht noch einfacher: Der Gipfelpunkt ist erreicht, wenn v_y = 0 ist.



Viele Wege führen nach Rom ...
Gaast
Gast





Beitrag Gaast Verfasst am: 22. Aug 2020 19:25    Titel: Antworten mit Zitat

Super, vielen Dank euch 2 Big Laugh
Jetzt habe ich die Aufgabe kapiert.
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5860
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 23. Aug 2020 12:11    Titel: Antworten mit Zitat

Gaast hat Folgendes geschrieben:
Super, vielen Dank euch 2 Big Laugh
Jetzt habe ich die Aufgabe kapiert.


Freut mich, dass wir Dir helfen konnten.
Die dargestellten Lösungswege sind ein gutes Beispiel für unterschiedliches Vorgehen:

GvC hat für jede Teilaufgabe die Lösung gezeigt, die am schnellsten zum Ergebnis führt. Dazu wird zwischen mehreren Ansätzen gewechselt -Zeitabhängigkeit, Wegabhängigkeit, Energieerhaltiungssatz. Dieses Vorgehen erfordert einige Vorkenntnisse. und ist vorteilhaft, wenn man Aufgaben dieses Typs kennt.

Mein Ansatz war, die Bewegungsgleichung als Funktion des Weges darzustellen und diese konsequent beizubehalten. Das erfordert keine besonderen Kenntnisse. Alllerdings ist der Rechenaufwand etwas höher.
Flmr



Anmeldungsdatum: 25.08.2020
Beiträge: 1

Beitrag Flmr Verfasst am: 25. Aug 2020 21:51    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo :)
Ich klinke mich hier mal ein.

Wäre es auch richtig, zuerst die Strecke für den höchsten Punkt zu berechnen:

xmax= (v0^2*sin(2*Winkel))/g

da würde ich auf eine Strecke von 10m kommen.

Dann hätte ich die Zeiten für 10 und 5 m ausgerechnet mit der Formel:


t=x/(v0*cos(Winkel)

da wäre die Zeit nach 5m 0,71s und nach 10m 1,41sek -> also kann man darauf schließen, das der Ball in die Wand während des Aufsteigens trifft.

bzw sehe ich es auch schon am Weg,dass der Ball die Wand im Aufsteigen trifft oder?

Um die Höhe und die Aufprallgeschwindigkeit in Punkt b) zu berechnen, brauche ich die Zeit eigentlich nicht oder?
Hab ich hier irgendwo einen Denkfehler?

Danke :)
Lg
Mathefix



Anmeldungsdatum: 05.08.2015
Beiträge: 5860
Wohnort: jwd

Beitrag Mathefix Verfasst am: 26. Aug 2020 12:17    Titel: Antworten mit Zitat

Flmr hat Folgendes geschrieben:
Hallo smile
Ich klinke mich hier mal ein.

Wäre es auch richtig, zuerst die Strecke für den höchsten Punkt zu berechnen:

xmax= (v0^2*sin(2*Winkel))/g

da würde ich auf eine Strecke von 10m kommen.

Dann hätte ich die Zeiten für 10 und 5 m ausgerechnet mit der Formel:


t=x/(v0*cos(Winkel)

da wäre die Zeit nach 5m 0,71s und nach 10m 1,41sek -> also kann man darauf schließen, das der Ball in die Wand während des Aufsteigens trifft.

bzw sehe ich es auch schon am Weg,dass der Ball die Wand im Aufsteigen trifft oder?

Um die Höhe und die Aufprallgeschwindigkeit in Punkt b) zu berechnen, brauche ich die Zeit eigentlich nicht oder?
Hab ich hier irgendwo einen Denkfehler?

Danke smile
Lg


Sieh Dir doch die Lösungswege von GvC und mir an:

Ob der Ball vor oder nach dem Gipfelpunkt auftrifft wurde von GvC über den Zeit- und von mir über den Wegansatz hergeleitet.

zu b)
Liegt die Bewegungsgleichung für die Höhe als Funktion des Weges vor,
ist die Zeit nicht notwendig. Auch hierzu siehe GvC's und meine Herleitung.
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