Schiefer oder schräger Wurf

 

 

 

 

Der schiefe Wurf ist der komplexeste Wurf, der möglich ist. Es wird in

irgendeiner Richtung abgeworfen. Man kennzeichnet den Wurf durch

den Abwurfwinkel α und die Anfangsgeschwindigkeit v0. Der Winkel

wird zur Horizontalen gemessen. (s. Abb.).

Das Koordinatensystem hat, wie üblich, seinen Ursprung im Abwurf-

punkt.

 

Bei einer Wurfhöhe h0 = 2m, v0 = 5 m/s und α= 50° ergibt sich z. Bsp. im

Idealfall (ohne Reibung) folgende Wurfkurve:

 

Diese Wurfart tritt natürlich extrem häufig im Alltag auf. Dort allerdings mit

Luftwiderstand. Auch im Sport liegt häufig ein schiefer Wurf vor: Basket-

ball, Volleyball, Fußball usw., Kugelstoßen, Speerwerfen, Diskuswerfen,

Hammerwurf usw. usw

 

Im folgenden Video kann man gut die Bahnkurve bei einem Kugelstoß ver-

folgen:

 


Quelle: Video zum Videoanalyseprogramm Vimps (s. Videoanalyse)

 

Wir betrachten zunächst als Idealfall den schiefen Wurf ohne Luftwider-

stand, also im Vakuum.

Wie immer hilft uns bei der Analyse das Superpositionsprinzip

(s. waagerechter Wurf).

Die einfachen Bewegungen haben wir schon kennengelernt, es sind der

 lotrechte Wurf und waagerechte Wurf. Man könnte von einem waage-

rechten Wurf in x-Richtung (Horizontale) und von einem lotrechten Wurf in

y-Richtung (Vertikale) ausgehen. Dann macht man aber den Fehler, dass

der freie Fall zweimal betrachtet wird. In der Horizontalen wirkt aber tat-

sächlich ja auch nur die gleichförmige Bewegung.

 

Zusammensetzung der Bewegung schiefer Wurf:

 

x-Richtung (Horizontale): gleichförmige Bewegung mit vx,0, d.h. mit der

Komponente des Geschwindigkeitsvektors, der in x-Richtung zeigt.

y-Richtung (Vertikale): lotrechter Wurf mit Anfangsgeschwindigkeit vy,0 .

vy,0 = Geschwindigkeitskomponente von v0 in y-Richtung

 

Betrachten wir die Überlegungen noch einmal in einer Abbildung.

 

 

 

 

Wie lassen sich jetzt vx,0 und vy,0 berechnen?

Mit etwas Trigonometrie erhält man

 

vx,0 = v0 ∙ cos (α)

vy,0 = v0 ∙ sin (α)

 

Bewegungsgleichungen

 

Die Bewegungsgleichungen lauten damit.

 

 

 

 

 

Wurfhöhe und Steigzeit

 

 

 

Wurfweite

 

 

 

Extra-Ergänzung: Optimale Winkel für maximale Weite

 

Geschwindigkeits-Zeit-Gesetz

 

 

 

Bahnkurve

 

 

 

Bestimmung der Zeit

 

 

 

 

Im Folgenden findet man eine sehr schöne Animation, die alle kom-

plexen Bewegungen betrachtet. 

 

 

Zusammenfassung

 

 

 

 

 

 

 

- Beispiel 1     - Beispiel 2    - Beispiel 3    - Beispiel 4

 

Beispielaufgaben

 

1. Beispielaufgabe (einfach)

 

Aus einer Höhe von 10 m wird ein Ball unter einem Winkel von

25° mit einer Geschwindigkeit von v0 = 15 m/s schräg abge-

worfen.

Berechnen Sie

a.) die maximale Höhe und die Zeit bis zu dieser Stelle

b.) den Punkt, an dem sich der Ball nach t1 = 0,4 s, t2 = 1,4 s und

t3 = 3 s befindet

c.) die Geschwindigkeit nach t = 1,5 s

d.) die Zeit bis zum Aufprall auf dem Boden und die größte Weite,

sowie den Aufprallwinkel

e.) die Höhe, in der sich der Ball befindet, wenn er in der Horizon-

talen 20 m zurückgelegt hat

 

Lösung:

die Aufgaben sind einfach, weil nur die bekannten Formeln be-

nutzt werden

a.) gegeben: h = 10 m; v0 = 15 m/s ; α = 25°

gesucht: hmax; tmax

 

 

b.) gegeben: h = 10 m; v0 = 15 m/s ; α = 25°; t1 = 0,4 s, t2 = 1,4 s und t3 = 3 s

gesucht: Bahnpunkt P (sx | sy)

 

 

c.) gegeben: h = 10 m; v0 = 15 m/s ; α = 25°; t = 1,5 s

gesucht: v

 

 

d.) gegeben: h = 10 m; v0 = 15 m/s ; α = 25°;

gesucht: Aufprallwinkel, größte Weite

 

 

e.) gegeben: h = 10 m; v0 = 15 m/s ; α = 25°; sx = 20 m

gesucht: sy

 

 

2. Beispielaufgabe (einfach, mittel, schwer)

 

Es sind jeweils folgende Größen bekannt bzw. gesucht.

a.) gegeben: h = 20 m;  hmax = 25 m; α = 40°

gesucht: v0

b.) gegeben: h = 15 m;  hmax = 18 m; v0 = 10 m/s

gesucht: α

c.) gegeben: h = 10 m;  th = 0,5 s

gesucht: sh

 

Lösungen:

zu a.)

 

zu b.)

 

zu c.)

 

 

3. Beispielaufgabe (mittel)

 

Ein Ball wird mit v0 = 20 m/s in einem Winkel von α = 35° abge-

worfen.

Welche Geschwindigkeit weist er bei sy = 4 m auf?

 

Lösung:

 

 

4. Beispielaufgabe Kombiaufgabe (einfach)

 

Es werden Sprünge auf dem 3 m − Sprungbrett betrachtet.

Hierzu folgendes Video:

 

Quelle (Ausschnitt): Men's 3m Springboard Final | Rio 2016 Replay - YouTube

 

Folgende Fälle sollen betrachtet werden.

a.) Ein Kind geht auf das 3 m - Sprungbrett und lässt sich einfach

„herunterplumpsen“.

b.) Das Kind nimmt jetzt Anlauf und springt mit einer Anfangsge-

schwindigkeit von 2 m vom Brett.

c.) Ein Wettkampspringer springt vor dem eigentlichen Wettkampf-Sprung auf dem Brett 2 m in die Höhe (s.Video)

d.) Beim eigentlichen Wettkampfsprung springt er in einem

Winkel von 70° ab und erreicht eine Gesamthöhe von 6 m.

 

Beantworte folgende Fragen.

Mit welcher Geschwindigkeit erreicht das Kind bei a.) bzw. b.) die

Wasseroberfläche?

Welche Anfangsgeschwindigkeit hatten die Wettkampfspringer

in c.) und d.)

 

Lösung:

 

 

- Beispiel 1     - Beispiel 2    - Beispiel 3    - Beispiel 4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

Nächstes Kapitel: Newtonsche Axiome