PhysProf - Kreisbahnbewegung - Kreis - Bahn - Drehgeschwindigkeit - Rechner
Fachthema: Kreisbahnbewegung
PhysProf - Mechanik - Kinematik - Eine Simulationssoftware zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Computeranimationen zur Unterstützung des Unterrichts naturwissenschaftlicher Fächer und den Einsatz in MINT-Fächern als Ergänzung zum verwendeten Unterrichtsmaterial.
Online-Hilfe für das Modul
zur Analyse der Zusammenhänge, die bei der
Ausführung gleichförmiger Bewegungen und gleichförmig beschleunigter Bewegungen auf einer Kreisbahn vorherrschen.
Dieses Unterprogramm ermöglicht die Durchführung der Steuerung entsprechender Abläufe zur Echtzeit und bietet die Möglichkeit, die Einflüsse relevanter Größen interaktiv zu untersuchen.
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Kreisbahnbewegung
Das Unterprogramm [Mechanik I] - [Kreisbahnbewegung] ermöglicht es, sich Zusammenhänge, welche bei gleichförmigen Bewegungen auf Kreisbahnen vorherrschen, zu verdeutlichen.
Bewegung zweier Objekte auf Kreisbahnen
Bewegung eines Objekts auf einer Kreisbahn
Als gleichförmige Rotationsbewegung wird eine Bewegung bezeichnet, bei welcher sich ein Körper mit einem konstanten Geschwindigkeitsbetrag auf einer Kreisbahn bewegt (hierbei ändert sich die Richtung der Geschwindigkeit). Der Körper wird durch das Einwirken der Radialkraft kontinuierlich auf der Kreisbahn gehalten.
Hierbei führen alle im Drehmittelpunkt liegenden Massenelemente eines starren Körpers eine Bewegung auf einer Kreisbahn aus. Dies ist eine Umfangsbewegung. Ebensolches gilt für die Bewegung einer Punktmasse im Abstand r > 0 um eine Drehachse.
Unter einer konstanten Winkelgeschwindigkeit ω versteht man das Verhältnis des Drehwinkels zu der für die Drehung benötigten Zeit. Die Bahngeschwindigkeit (Drehgeschwindigkeit) eines Körpers errechnet sich aus:
Dessen konstante Beschleunigung beträgt:
Die für eine Umdrehung benötigte Zeitdauer T ergibt sich aus:
Hierbei sind:
v: Geschwindigkeit [m/s]
ω: Kreisfrequenz [1/s]
a: Beschleunigung [m/s²]
T: Dauer einer vollen Umdrehung [s]
Programmbedienung
Mit Hilfe dieses Unterprogramms können o.a. Sachverhalte untersucht werden.
Wird der Kontrollschalter Zwei Kreise aktiviert, so bewegen sich bei Ausführung einer Simulation zwei Massenpunkte mit konstanten Geschwindigkeitsbeträgen auf zwei (verschiedenen) Kreisbahnen. Dargestellt werden die Geschwindigkeitsvektoren der beiden Objekte. Das Programm ermittelt hierbei deren Kreisfrequenzen, deren Beschleunigungen, deren Umlaufdauern, sowie die Winkeldifferenzen, die diese Massen auf der zu durchlaufenden Kreisbahn besitzen und gibt diese aus. Legen Sie in diesem Fall zunächst mittels den zur Verfügung stehenden Rollbalken die Bahngeschwindigkeiten v1 und v2, sowie die Radien r1 und r2 der beiden Kreise fest.
Bei einer Aktivierung des Kontrollschalter Ein Kreis können oben aufgeführte Sachverhalte unter der Ausführung einer Simulation mit nur einem Kreis analysiert werden. Verwenden Sie hierbei die zur Verfügung stehenden Rollbalken um die konstante Bahngeschwindigkeit v, welche das Objekt auf der Kreisbahn besitzen soll, sowie dessen Radius r festzulegen. Das Programm gibt die Werte für Beschleunigung a des Massenpunkts, die Kreisfrequenz ω, sowie die für eine Umdrehung benötigte Zeitdauer T aus. Zudem wird die aktuelle Winkelposition des sich auf der Kreisbahn bewegenden Massepunkts angezeigt.
Bedienen Sie die Schaltfläche Start, so wird die entsprechende Bewegung ausgeführt. Durch die Bedienung der Schaltfläche Urzustand wird die Darstellung wieder in deren Anfangszustand versetzt.
Eine kleine Übersicht in Form von Bildern und kurzen Beschreibungen über einige zu den einzelnen Fachthemengebieten dieses Programms implementierte Unterprogramme finden Sie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Mechanik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Elektrotechnik - Kurzbeschreibungen von Modulen zum Themengebiet Optik - Kurzinfos zum Themengebiet Thermodynamik sowie unter Kurzbeschreibungen von Modulen zu sonstigen Themengebieten.
Hilfreiche Informationen zu diesem Fachthema sind unter Wikipedia - Kreisbahnbewegung zu finden.
Nachfolgend finden Sie ein Video zu diesem Fachthema, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks
auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.
4-Takt-Ottomotor - Impulssatz - Gleichförmige und gleichförmig beschleunigte Bewegung - Bewegung und Geschwindigkeit - Geschwindigkeit und Beschleunigung - Wellen - Druck in Flüssigkeiten - Ideale Strömung - Kinetische und potentielle Energie - Brownsche Bewegung - Molekularbewegung - Harmonische Schwingungen - Kreisbahnbewegung - Auftrieb - Geneigte Ebene - Freier Fall - Waagerechter und schiefer Wurf - Pendel - Chaos-Doppelpendel - Gedämpfte mechanische Schwingung- Rolle und Flaschenzug - Balkenwaage - Hebelgesetz - Zweites Newtonsches Gesetz - Drittes Newtonsches Gesetz - Mechanische Arbeit - Hookesches Gesetz
Physik interaktiv
Es eignet sich insbesondere dafür, um interaktive grafische Untersuchungen sowie numerische Berechnungen zu entsprechenden Fachthemen durchführen zu lassen. Mehr als 300 verschiedene Unterprogramme decken die mathematischen Themenbereiche Analysis, Geometrie, Trigonometrie, Algebra, Stochastik, 3D-Mathematik und Vektoralgebra großflächig ab.
Durch die Nutzbarkeit vieler implementierter grafischer Features bestehen vielseitige gestaltungstechnische Möglichkeiten, ausgegebene Grafiken in entsprechenden Unterprogrammen auf individuelle Anforderungen anzupassen. Durch die freie Veränderbarkeit von Parametern und Koordinatenwerten bei der Ausgabe grafischer Darstellungen, besteht in vielen Modulen zudem die Möglichkeit, Veränderungen an dargestellten Gebilden und Zusammenhängen manuell oder durch die Verwendung automatisch ablaufender Simulationsprozesse in Echtzeit zu steuern und zu analysieren.
Es verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 1600 Seiten.
Eine Übersicht aller in MathProf 5.0 zur Verfügung stehender Programmteile finden Sie im MathProf - Inhaltsverzeichnis, oder durch einen Klick auf die nachfolgend dargestellte Schaltfläche.
- Kurzinfos zum Themengebiet Analysis
- Kurzinfos zum Themengebiet Geometrie
- Kurzinfos zum Themengebiet Algebra
- Kurzinfos zum Themengebiet 3D-Mathematik
- Kurzinfos zum Themengebiet Stochastik
- Kurzinfos zum Themengebiet Vektoralgebra
- Kurzinfos zum Themengebiet Trigonometrie
- Kurzinfos zu sonstigen Themengebieten
Visualisierung und Simulation interaktiv
SimPlot 1.0 ist eine Anwendung, welche es unter anderem durch interaktiv erstellbare Präsentationen ermöglicht, sich Sachverhalte aus vielen technischen, wissenschaftlichen und anderen Bereichen grafisch darstellen und diese multifunktional sowohl statisch, wie auch in Form bewegter Grafiken ausgeben zu lassen. Das Programm erlaubt die Erstellung von Gebilden mit zweidimensionalen grafischen Objekten, welche als geometrische Figuren und Bilder zur Verfügung stehen.
Es bietet zudem die Möglichkeit, Zusammenhänge im Bereich der Planimetrie auf einfache Weise interaktiv zu analysieren. Unter anderem wird es ermöglicht, mit erzeugten Gebilden geometrische Transformationen durchzuführen und diesen automatisch ablaufende Bewegungs- und Verformungsprozesse zuzuweisen.
SimPlot kann sowohl zur Erstellung von Infografiken, zur dynamischen Datenvisualisierung, zur Auswertung technisch-wissenschaftlicher Zusammenhänge sowie zur Erzeugung bewegter Bilder für verschiedenste Anwendungsbereiche eingesetzt werden. Neben der Bereitstellung vieler mathematischer Hilfsmittel und zusätzlicher Unterprogramme erlaubt es auch die Einblendung von Hilfslinien zur Echtzeit, welche dienlich sind, um sich relevante Sachverhalte und Zusammenhänge unmittelbar begreiflich zu machen.
Dieses Programm verfügt über eine umfangreiche Programmhilfe mit ca. 900 Seiten.
