PhysProf - Schräger Wurf - Horizontaler Wurf - Formel - Winkel

Fachthemen: Waagrechter Wurf und schiefer Wurf

PhysProf - Kinematik - Ein Programm zur Visualisierung physikalischer Sachverhalte mittels Simulationen und 2D-Animationen zur Unterstützung des Unterrichts naturwissenschaftlicher Fächer sowie für alle die sich für Physik interessieren.

Online-Hilfe für das Modul
zur Praktizierung numerischer, wie grafischer Analysen der Gesetzmäßigkeiten, die bei Ausführung des waagerechten Wurfs und des schiefen Wurfs unter dem Einfluss der Fallbeschleunigung gelten.

Dieses Unterprogramm ermöglicht die Durchführung der Steuerung entsprechender Abläufe zur Echtzeit und bietet die Möglichkeit, die Einflüsse relevanter Größen interaktiv zu untersuchen.

Es eignet sich zudem als Begleitung zu Versuchen im Physikunterricht, unterstützt dabei ein tiefergehendes Verständnis zu diesem Themengebiet zu erlangen und kann zum Lösen vieler diesbezüglich relevanter Aufgaben eingesetzt werden.

 

Themen und Stichworte zu diesem Modul: Wurf - Waagerechter Wurf - Schräger Wurf - Schiefer Wurf - Horizontaler Wurf - Senkrechter Wurf - Vertikaler Wurf - Dynamik - Wurfparabel - Wurfbahn - Wurfweite - Wurfzeit - Wurfbewegungen - Geschwindigkeit - Bahnkurve beim waagerechten Wurf - Bahnkurve beim schrägen Wurf - Senkrechter Wurf nach oben - Senkrechter Wurf nach unten - Wurfgeschwindigkeit - Maximale Wurfhöhe - Wurfhöhe - Bahngeschwindigkeit berechnen - Wurf berechnen - Wurf nach oben - Abwurfwinkel - Abwurfgeschwindigkeit - Steighöhe - Steigzeit - Fallzeit - Maximale Höhe - Rechner - Formeln - Gleichung - Berechnen - Beispiel - Strecke - Winkel - Anfangsgeschwindigkeit - Anfangshöhe - Gravitationskonstante - Gesetzmäßigkeiten - Erdbeschleunigung - Physik - Bewegungsgesetze - Zweidimensionale Bewegung - Unterricht - Versuche - Physikalisch - Endgeschwindigkeit - Bahnkurve - Berechnung - Flugbahn - Parabelförmig - Flugbahn berechnen - Flugweite - Ball - Fallgeschwindigkeit berechnen - Fallzeit berechnen - Fallhöhe berechnen - Falldauer berechnen - Flugdauer - Flugzeit - Experiment - Fallwinkel berechnen - Aufprallgeschwindigkeit - Anfangsgeschwindigkeit - Diagramme - Zeichnen - Verändern - Veränderung - Ändern - Änderung - Formel - Gleichung - Funktionsgleichung - Graph - Erdanziehungskraft - Schwerkraft - Fallbeschleunigung - Höhe - Anfangshöhe - Wurfdauer - Wurfhöhe - Parabel - Simulation - Simulator - Schwerebeschleunigung - Fallhöhe - v0 - vx - vy - Vorgang - Vorgänge - Aufprallwinkel - Zeit - Animation - Dauer - Einfluss - Einflussfaktoren - Vektoren - Wurfbewegungen - Maximale Wurfweite - Wurfbahn berechnen - Schiefer Wurf mit Anfangshöhe - Abwurfgeschwindigkeit - Auftreffwinkel - Formelzeichen - Berechnungsformel - Physikalische Formeln - Schräger Wurf mit Anfangshöhe - Wurfbahn eines Körpers - Präsentation - Bild - Grafik - Ablauf - Abläufe - Untersuchen - Darstellen - Grafische Darstellung

    

Modul Waagerechter und schiefer Wurf

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Das Programmmodul [Mechanik I] - [Waagerechter und schiefer Wurf] stellt Simulationen zur Verfügung, mit welchen translatorische Abläufe beim Waagerechten Wurf und Schiefen Wurf untersucht werden können.

I - Waagerechter Wurf

Waagerechter Wurf - Abbildung 1
 

Waagerechter Wurf - Abbildung 2

Der Waagerechte Wurf setzt sich aus zwei, einen rechten Winkel bildenden Translationen zusammen. Dies sind der Freie Fall in vertikaler Richtung, sowie eine gleichförmige Translation in horizontaler Richtung. Die Koordinaten eines beliebigen Punktes auf der Bahn sind:

und

Hieraus lässt sich die Bahngleichung des Waagerechten Wurfs ermitteln:

Diese Wurfbahn beschreibt eine Parabel (Bahnkurve). Für den Betrag der momentanen Bahngeschwindigkeit nach Ablauf einer bestimmten Zeit gilt:

Für die Wurfweite in horizontaler Richtung nach Ablauf einer bestimmten Zeit gilt:

Für die nach Ablauf einer bestimmten Zeit erreichte Fallhöhe gilt:

Der Aufprallwinkel errechnet sich mit:

tan β = v_y/v_x

x: Koordinaten eines Punktes bei Translation in horizontaler Richtung

y: Koordinaten eines Punktes bei Translation in vertikaler Richtung

v₀: Anfangsgeschwindigkeit [m/s]

v_B: Betrag der momentanen Bahngeschwindigkeit [m/s]

s: Wurfweite (Strecke) nach Ablauf der Zeit t [m]

h: Fallhöhe nach Ablauf der Zeit t [m]

t: Zeit [s]

g: Fallbeschleunigung (Gravitationskonstante) [m/s²]
β: Aufprallwinkel
 

Waagerechter Wurf - Programmbedienung

Aktivieren Sie den Kontrollschalter Waagerechter Wurf. Durch die Bedienung der dafür relevanten Rollbalken können Sie die Werte für die Abwurfgeschwindigkeit v₀ sowie die Starthöhe h₀ einstellen. Wird der Rollbalken Zeit t positioniert, so stellt das Programm den Zustand dar, welcher bei Ausführung eines waagerechten Wurfs zur eingestellten Zeit t vorhanden ist.

Der ausgegebene Wert für die Wurfweite beschreibt die Wurfweite, welche erreicht wird, wenn die entsprechende Wurfbahn die Abszisse erreicht. Die auf der horizontalen Achse des Diagramms angebrachte Punktmarkierung kennzeichnet diese. Die Wurfweite, die nach Ablauf einer bestimmten Zeit t  in horizontaler Richtung erreicht wird, wird mit dem momentanen Wert für s beschrieben. Für die nach Ablauf einer bestimmten Zeit erreichte Fallhöhe wird der Wert für h angezeigt. v_x und v_y beschreiben die nach Ablauf einer Zeit t vorhandenen Geschwindigkeiten in horizontaler bzw. vertikaler Richtung.

Ein Klick auf die Schaltfläche Start veranlasst das Programm dazu, die Durchführung einer Simulation zu starten, bei welcher die Ausführung eines waagerechten Wurfs demonstriert wird. Durch die Bedienung der Schaltfläche Urzustand wird die Darstellung wieder in den Anfangszustand versetzt.

Wird das Kontrollkästchen Gesamtkurve aktiviert, so stellt das Programm die gesamte Kurve dar, welche unabhänging vom momentan eingestellten Zeitwert bei der Ausführung eines waagerechten Wurfs vom zu bewegenden Objekt durchlaufen wird.

II - Schiefer Wurf - Schräger Wurf

 

Schiefer Wurf - Abbildung 1
 

Schiefer Wurf - Abbildung 2

Ein Schiefer Wurf setzt sich aus zwei Translationen zusammen. Dies sind der Freie Fall in vertikaler Richtung und eine gleichförmige Translation unter einem Winkel α zur Horizontalen. Die Koordinaten eines beliebigen Punktes auf der Bahn sind:

und

Hieraus lässt sich die Bahngleichung des Schrägen Wurfs ermitteln, mit:

Diese Funktion beschreibt eine Parabel (Bahnkurve). Für den Betrag der Bahngeschwindigkeit nach Ablauf einer bestimmten Zeit gilt:

Für den nach Ablauf einer bestimmten Zeit zurückgelegten Weg gilt:

Und für die nach Ablauf einer bestimmten Zeit erreichte Höhe gilt:

Für die Steigzeit gilt:

Für die Wurfzeit gilt:

t_sm = 2t_hm

Die maximal erreichbare Höhe kann errechnet werden aus:

Die maximal erreichbare Wurfweite beträgt:

x: Koordinaten eines Punktes bei Translation in horizontaler Richtung

y: Koordinaten eines Punktes bei Translation in vertikaler Richtung

a: Abwurfwinkel (Winkel zwischen Abwurfrichtung und der Waagerechten) [rad]

v₀: Anfangsgeschwindigkeit [m/s]

v_B: Betrag der momentanen Bahngeschwindigkeit [m/s]

s: Wurfweite nach Ablauf der Zeit t [m]

h: Fallhöhe nach Ablauf der Zeit t [m]

t: Zeit [s]

g: Fallbeschleunigung [m/s²]

t_sm: Zeit zum Erreichen von s_m [s]

t_hm: Zeit zum Erreichen von h_m [s]

h_m: Größte Steighöhe nach Ablauf der Zeit t_hm [m]

s_m: Größte Wurfweite nach Ablauf der Zeit t_sm [m]
 

Die oben gemachten Angaben beziehen sich auf einen Wurf, welcher von einer Starthöhe h₀ = 0 m (voreingestellt) aus eingeleitet wird. Wird die Starthöhe h₀ auf einen anderen Wert gesetzt, so sind die hierfür geltenden Zusammenhänge entsprechender Fachliteratur zu entnehmen.

Schiefer Wurf - Programmbedienung

Aktivieren Sie den Kontrollschalter Schiefer Wurf. Durch die Bedienung der dafür relevanten Rollbalken können Sie die Werte für die Abwurfgeschwindigkeit v₀, den Abwurfwinkel α₀ und die Starthöhe h₀ einstellen. Wird der Rollbalken Zeit t positioniert, so stellt das Programm den Zustand dar, welcher bei Ausführung eines schiefen Wurfs zur eingestellten Zeit t vorhanden ist.

Die maximal erreichbare Höhe wird mit dem ausgegebenen Wert für Steighöhe h angezeigt. Für die benötigte Steigzeit bis zum Erreichen der maximalen Höhe gibt das Programm den entsprechenden Wert für die Steigzeit t aus. Der angezeigte Wert für die Wurfweite s beschreibt die Wurfweite, welche erreicht wird, wenn die entsprechende Wurfbahn die Abszisse erreicht.

Die auf der horizontalen Achse des Diagramms angebrachte Punktmarkierung kennzeichnet diese. Die Wurfweite, die nach Ablauf einer bestimmten Zeit t in horizontaler Richtung erreicht wird, wird mit dem momentanen Wert für s beschrieben. Für die nach Ablauf einer bestimmten Zeit erreichte Fallhöhe wird der aktuelle Wert für h ausgegeben. v_x und v_y beschreiben die nach Ablauf einer Zeit t vorhandenen Geschwindigkeiten in horizontaler bzw. vertikaler Richtung.

Ein Klick auf die Schaltfläche Start veranlasst das Programm dazu, die Durchführung einer Simulation zu starten, bei welcher die Ausführung eines schiefen Wurfs demonstriert wird. Durch die Bedienung der Schaltfläche Urzustand wird die Darstellung wieder in den Anfangszustand versetzt.

Wird das Kontrollkästchen Gesamtkurve aktiviert, so stellt das Programm die gesamte Kurve dar, welche unabhänging vom momentan eingestellten Zeitwert bei der Ausführung eines schiefen Wurfs vom zu bewegenden Objekt durchlaufen wird.
 

III - Senkrechter Wurf

Nachfolgend finden Sie Formeln zum senkrechten Wurf.
 

Senkrechter Wurf nach oben

Bei einem senkrechten Wurf nach oben errechnet sich die Wurfgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit wie folgt:

v = v₀ - g·t

Die Strecke, welche nach Ablauf einer bestimmten Zeit zurückgelegt wurde, kann mit nachfolgend aufgeführter Formel berechnet werden:

s = v₀ - g·t - g/2·t ²

Die Steigzeit zum Erreichen der maximalen Höhe kann ermittelt werden mit:

t_s = v₀ /g

Die maximal erreichbare Wurfhöhe errechnet sich wie folgt:

h_max = v₀ ² /(2·g)
 
v₀: Anfangsgeschwindigkeit [m/s]
v: Geschwindigkeit nach Ablauf der Zeit t [s]
s: Wurfstrecke nach Ablauf der Zeit t [m]
h_max: Maximale Wurfhöhe nach Ablauf der Zeit t [m]
t_s: Steigzeit [s]
t: Zeit [s]
g: Fallbeschleunigung [m/s²]
 

Senkrechter Wurf nach unten

Bei einem senkrechten Wurf nach unten errechnet sich die Wurfgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zeit wie folgt:

v = v₀ + g·t

Die Strecke, welche nach Ablauf einer bestimmten Zeit beim senkrechten Wurf nach unten zurückgelegt wurde, kann mit nachfolgend aufgeführter Formel berechnet werden:

h = h₀ - v₀·t - g/2·t ²

v₀: Anfangsgeschwindigkeit [m/s]
v: Geschwindigkeit nach Ablauf der Zeit t [s]
h: Höhen ach Ablauf der Zeit t [m]
h₀: Anfangshöhe [m]
t: Zeit [s]
g: Fallbeschleunigung [m/s²]
 

 

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 - Waagerechter Wurf sowie unter Wikipedia - Wurfparabel 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 - Pendel - Chaos-Doppelpendel - Gedämpfte mechanische Schwingung - Rolle und Flaschenzug - Balkenwaage - Hebelgesetz - Zweites Newtonsches Gesetz - Drittes Newtonsches Gesetz - Mechanische Arbeit - Hookesches Gesetz
 

 

Unterprogramm Waagerechter und schiefer Wurf
 

 

PhysProf 1.1 - Unterprogramm RLC-Kreis
 

MathProf 5.0 - Unterprogramm Kurven in Parameterform
 

SimPlot 1.0 - Grafik-  und Animationsprogramm für unterschiedlichste Anwendungszwecke

 

 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in PhysProf 1.1 unter dem Themenbereich Mechanik eingebundenen Unterprogramm,welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in PhysProf 1.1 unter dem Themenbereich Elektrotechnik eingebundenen Unterprogramm, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einem in PhysProf 1.1 unter dem Themenbereich Thermodynamik eingebundenen Unterprogramm, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

 
 

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

Nachfolgend finden Sie ein Video zu einer mit SimPlot 1.0 erstellten Animationsgrafik, welches Sie durch die Ausführung eines Klicks auf die nachfolgend gezeigte Grafik abspielen lassen können.

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