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Physik · Jahrgang 11 · Basiswissen

Einführungsphase: Wurfbewegungen

Das lernst du

  1. Ich kann gleichmäßig beschleunigte Bewegungen mit Anfangsort und Anfangsgeschwindigkeit berechnen.
  2. Ich kann beim senkrechten Wurf Steigzeit und Steighöhe berechnen.
  3. Ich kann beim waagerechten Wurf Fallzeit, Wurfweite und Bahnkurve bestimmen.
  4. Ich kann zwei Bewegungen zu einer Bewegung überlagern und eine Geschwindigkeit in Komponenten zerlegen.
  5. Ich kann beim schiefen Wurf Wurfweite und Scheitelhöhe berechnen.
  6. Ich kann die Kräfte beim Wurf benennen, den Luftwiderstand beschreiben und Sensordaten auswerten.
  7. Ich bereite die Klausur vor.

Merksätze

Bewegung mit Anfangsbedingungen

Mit Anfangsort s₀ und Anfangsgeschwindigkeit v₀ gilt s = s₀ + v₀ · t + ½ · a · t².

Dazu kommt v = v₀ + a · t, beim Bremsen ist a negativ. Bis zum Stillstand ist der Bremsweg v² : (2 · a).

Senkrechter Wurf

Der senkrechte Wurf startet mit v₀ und wird ständig mit g nach unten beschleunigt.

Steigzeit t = v₀ : g, Steighöhe h = v₀² : (2 · g). Ohne Luft dauert das Fallen so lang wie das Steigen.

Waagerechter Wurf

Waagerecht bewegt sich der Körper gleichförmig mit v₀, senkrecht fällt er frei.

Die Fallzeit t = √(2 · h : g) hängt nur von der Höhe ab. Die Bahn ist die Parabel y = g : (2 · v₀²) · x².

Überlagerung und Komponenten

Bewegungen in verschiedene Richtungen laufen unabhängig ab und überlagern sich.

Geschwindigkeiten addiert man als Pfeile: im rechten Winkel mit dem Satz des Pythagoras. Komponenten: v_x = v · cos α, v_y = v · sin α.

Schiefer Wurf

Der schiefe Wurf ist waagerecht gleichförmig und senkrecht ein Wurf nach oben.

Mit v_y = v₀ · sin α ist die Scheitelhöhe h = v_y² : (2 · g). Auf gleicher Höhe ist die Wurfweite w = v₀² · sin(2 · α) : g.

Kräfte, Luft und Messwerte

Nach dem Abwurf wirkt ohne Luft nur die Gewichtskraft, eine Wurfkraft gibt es nicht.

Mit Luftwiderstand wird die Bahn kürzer und unsymmetrisch. Aus Ortsmesswerten erhält man v = Δs : Δt und a = Δv : Δt.

Selbst abfragen

Karte 1 von 6 · Vorderseite
Einführungsphase: WurfbewegungenBewegung mit AnfangsbedingungenWas weißt du dazu? Erst selbst sagen, dann umdrehen.

Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.

So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart

Bewegung mit Anfangsbedingungen

Ein Lastwagen fährt mit v₀ = 2 m/s und beschleunigt dann 8 s lang gleichmäßig mit a = 0,5 m/s². Welchen Weg legt das Fahrzeug in dieser Zeit zurück?

v₀ = 2 m/sa = 0,5 m/s²t = 8 s, s = ?
  1. Weg mit Anfangsgeschwindigkeit: s = v₀ · t + ½ · a · t²
  2. s = 2 m/s · 8 s + ½ · 0,5 m/s² · (8 s)²
  3. s = 16 m + 16 m = 32 m

Ergebnis: 32 m

Bremsweg und Anhalteweg

Ein Elektroroller fährt mit 10 m/s. Das Fahrzeug bremst gleichmäßig mit 4 m/s² bis zum Stillstand. Wie lang ist der Bremsweg? Berechne mit Einheit.

v₀ = 10 m/sa = −4 m/s²Bremsweg = ?
  1. Bis zum Stillstand gilt s = v² : (2 · a).
  2. s = (10 m/s)² : (2 · 4 m/s²)
  3. s = 100 m²/s² : 8 m/s² = 12,5 m

Ergebnis: 12,5 m

Senkrechter Wurf: Steigzeit

Ein Ball wird mit v₀ = 5 m/s senkrecht nach oben geworfen. Nach welcher Zeit erreicht er den höchsten Punkt? Rechne mit g = 9,81 m/s².

v₀ = 5 m/st_S = ?höchster Punkt
  1. Oben ist v = 0 m/s, also t_S = v₀ : g.
  2. t_S = 5 m/s : 9,81 m/s²
  3. t_S ≈ 0,51 s

Ergebnis: 0,51 s

Senkrechter Wurf: Steighöhe

Ein Ball wird mit v₀ = 4 m/s senkrecht nach oben geworfen. Wie hoch steigt er über die Abwurfstelle? Rechne mit g = 9,81 m/s².

v₀ = 4 m/sh = ?höchster Punkt
  1. Steighöhe: h = v₀² : (2 · g)
  2. h = (4 m/s)² : (2 · 9,81 m/s²) = 16 m²/s² : 19,62 m/s²
  3. h ≈ 0,815 m

Ergebnis: 0,815 m

Typische Fehler – so sieht es falsch aus, so richtig

Bewegung in Wurfrichtung dauert an
Wasser von 20 °C auf 80 °C: Q = 4,2 · 2 · 80
ΔT = 80 − 20 = 60 K → Q = 4,2 · 2 · 60 = 504 kJ  (der Unterschied, nicht die Endtemperatur)

Nach dem Abwurf wirkt keine Kraft in Wurfrichtung mehr – nur die Gewichtskraft.

Am höchsten Punkt ist a = 0
Beide 90 °C, also enthält der Eimer genauso viel Wärme wie der Teelöffel
gleiche Temperatur, verschiedene Wärmemenge: Q = c · m · ΔT → 10 kg → 10-mal so viel wie 1 kg

Am höchsten Punkt ist die Geschwindigkeit null, die Beschleunigung bleibt g.

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