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Fallschirmsprung - Formel

Frage: Fallschirmsprung - Formel
(6 Antworten)


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Nunja ich bin kein Physiker, dennoch muss ich diese Aufgabe machen ^^. Hab mich mal ran gewagt:


Ein Fallschirmspringer erreicht nach kurzer Zeit eine fast konstante vertikale Geschwindigkeit. Welches Modell würde da am Besten passen:

i) m*v`(t) = -mg - c*v(t)

ii) m*v`(t) = -mg - c*(v(t))²

iii) m*v`(t) = -mg - c*v(t)*|v(t)|


Naja wenn man mich fragen würde, würde ich Modell 2 wählen. Alleine schon, weil bei i v(t) nicht beschränkt ist (somit keine konstante vertikale Geschwindigkeit erreicht).

und bei iii) habe ich mir eine Fallunterscheidung gedacht:

sei v(t)>0 => m*v`(t) = -mg - c*v(t)*|v(t)| = -mg - c*(v(t))²

Dann hätte ich positive Geschwindigkeit angenommen und wäre auf die Formel von ii) gekommen.


sei v(t) <0 => Bremsgeschwindigkeit, also doch auch negative Beschleunigung. Und dann würde die Kurve vielleicht irgendwann ihr Maximum erreichen, aber der Fallschirmspringer würde, wenn er denn unendlich lange fällt, irgendwann langsamer werden.


Ich hoffe ich werde jetzt nicht mit Steinen beworfen :D
Frage von shiZZle | am 15.10.2012 - 20:11


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Antwort von Peter | 15.10.2012 - 21:24
da v`(t) aber nur kleiner null sein kann, muss v(t) auch kleiner null sein. und wenn v(0)=0 ist (fallschirmspringer startet ohne vertikale geschwindigkeit), dann wird er mit m*g beschleunigt. orientierung nach unten (das ist bei dir negativ).


daraufhin nimmt er geschwindigkeit auf, was deine ableitung im ansatz nach möglichkeit mal gegen null gehen lässt, um eine konstante geschwindigkeit zu erhalten.
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Antwort von v_love | 15.10.2012 - 21:38
"Alleine schon, weil bei i v(t) nicht beschränkt ist (somit keine konstante vertikale Geschwindigkeit erreicht)."

doch, klar ist v beschränkt; und die endgeschwindigkeit wird mathematisch-theoretisch im unendlichen erreicht, in der praxis natürlich im endlichen.

"sei v(t)>0"

v(t) kann nicht positiv sein, das koordinatensystem ist hier so gewählt, dass die pos. achse (es gibt nur eine, wir sind in 1d) nach oben zeigt, das erkennt man am - vor der gewichtskraft, die wie wir wissen nach unten zeigt.
der fallschirmspringer fällt aber die ganze zeit.

"sei v(t) <0 => Bremsgeschwindigkeit, also doch auch negative Beschleunigung"

aus dem wert der funktion kannst du nicht auf die ableitung schließen.

"Und dann würde die Kurve vielleicht irgendwann ihr Maximum erreichen"

was heißt vielleicht?
entweder sie tu´s oder eben nicht

erst mal zum unterschied zwischen 1) und 2).
wenn v>1m/s (typischerweise erfüllt) ist die reibungskraft größer bei quadr. geschwindigkeitsabhängigkeit der reibung, ergo wird eine niedrige geschw. früher erreicht. (auch wenn die endgeschwindigkeit wieder theoretisch nie erreicht wird.

zwischen ii) und iii) besteht im wesentlichen kein unterschied.
das eine kann man in das andere umformen.
üblicherweise ist es so, dass die konstanten positiv gewählt werden (steht leider nicht in der aufgabenstellung, wenn ich mich nicht verguckt habe, da könnte man den jan also darauf aufmerksam machen), dann wäre ii) quatsch, weil das keine reibung wäre sondern ein beschleunigender term. analog ist für c<0 iii) falsch.

anbei: http://postimage.org/image/suoy5w8r3/


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Antwort von shiZZle | 15.10.2012 - 21:59
"den jan also daraus aufmerksam machen" Wer ist jan? haha

Ja ich dachte mir, okay der fallschirmspringer wird wohl beschleunigt und somit erreicht er eine Geschwindigkeit. Für mich ist schon negative Beschleunigung/Geschwindigkeit ein fremdwort und habe es heute mittag zumn ersten mal nach geschaut.

Also ist die argumentatio, dass i) richtig ist, weil ich dort die Beschränkung habe. Was ich aber nicht ganz verstehe ist, warum darf man keinen beschleunigenden term benutzen (ii)?

Und anscheinend zieht dann die erste Formel meinen Springer ins negative, was hier gesucht ist. Ahh verwirrend ^^


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Antwort von v_love | 15.10.2012 - 22:08
"Wer ist jan? haha"

der oberassi?

"Für mich ist schon negative Beschleunigung/Geschwindigkeit ein fremdwort"

i.a. macht es auch keinen sinn, weil 1) auf R³ keine ordnungsrel. definiert ist, b) beträge immer pos. sind.

"Also ist die argumentatio, dass i) richtig ist, weil ich dort die Beschränkung habe."

das habe ich nicht gesagt, nein.
bei iii), c>0 ist die geschw. auch beschränkt.

"Was ich aber nicht ganz verstehe ist, warum darf man keinen beschleunigenden term benutzen (ii)?"

na ja, ist nicht so toll, wenn man den fallschirm aufmacht und dann immer schneller wird.
genaue begründung steht im aufgabentext.

"Und anscheinend zieht dann die erste Formel meinen Springer ins negative ..."

Ja und die zweite und dritte auch.


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Antwort von shiZZle | 15.10.2012 - 22:14
Achso. Ich hoffe ich habe es jetzt richtig verstanden.

Die Funktionen ii) und iii) sind abhängig von der Wahl c. Wenn man c unangemessen wählt, so wirken diese Funktionen beschleunigend.

Bei i) habe ich anscheinend dieses Problem nicht mehr.


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Antwort von v_love | 15.10.2012 - 22:17
"Wenn man c unangemessen wählt, so wirken diese Funktionen beschleunigend."

ja

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