Gelöste Aufgabe zur eindimensionalen Bewegung
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Gegeben ist die Bewegungsgleichung

\[ \begin{gather} S=21-10t+t^2 \end{gather} \]

wobei die Position S in Metern und die Zeit t in Sekunden gemessen werden. Bestimmen Sie:
a) Erstellen Sie eine Tabelle mit Werten für t von 0 bis 8 s und konstruieren Sie anhand der Tabelle den Graphen der Funktion;
b) Zu welchem Zeitpunkt passiert der Körper den Ursprung?
c) Zu welchem Zeitpunkt ändert der Körper seine Bewegungsrichtung?

Lösung:

a) Die Tabelle für die gegebene Funktion lautet

t (s) \( S=21-10t+t^2 \) \( S(t) \)
0 \( S(0)=21-10\times 0+0^2 \) 21
1 \( S(1)=21-10\times 1+1^2 \) 12
2 \( S(2)=21-10\times 2+2^2 \) 5
3 \( S(3)=21-10\times 3+3^2 \) 0
4 \( S(4)=21-10\times 4+4^2 \) − 3
5 \( S(5)=21-10\times 5+5^2 \) − 4
6 \( S(6)=21-10\times 6+6^2 \) − 3
7 \( S(7)=21-10\times 7+7^2 \) 0
8 \( S(8)=21-10\times 8+8^2 \) 5

durch Eintragen der Punkte in das Diagramm erhalten wir (Diagramm 1).

Diagramm 1

b) Der Körper passiert den Ursprung, wenn S = 0. Aus der Tabelle und dem Diagramm sehen wir, dass dies zu den Zeitpunkten t = 3 s und t = 7 s .

c) Der Körper ändert seine Bewegungsrichtung, wenn sich das Vorzeichen seiner Geschwindigkeit ändert. In einem Diagramm der Position als Funktion der Zeit, S = f(t), ist die Geschwindigkeit durch die Steigung der Tangente an den Graphen gegeben. Aus Diagramm 2 sehen wir, dass für die Punkte links vom Scheitelpunkt V der Parabel die Tangente negativ ist (tan θ <0), daher ist ihre Geschwindigkeit kleiner als null (v < 0). Für die Punkte rechts vom Scheitelpunkt der Parabel ist die Tangente positiv (tan θ > 0), daher ist ihre Geschwindigkeit größer als null (v>0).

Die x-Koordinate des Scheitelpunkts einer Parabel ist gegeben durch
\[ \begin{gather} x=-\frac{b}{2a} \end{gather} \]
bei der im Problem gegebenen Funktion haben wir a = 1 und b=−10. Der Zeitpunkt, zu dem der Körper seine Bewegungsrichtung ändert, ist
\[ \begin{gather} t=-\frac{-10}{2\times 1} \end {gather} \]
\[ \begin{gather} \bbox[background:#FFCCCC; padding:10px; border-radius:10px;] {t=5\;\mathrm s} \end{gather} \]
Diagramm 2
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