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Aufgabe

Fahrt eines Sportwagens

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Diagramm zur Aufgabe

Von einem Sportwagen, der bei A startet ist das folgende t-v-Diagramm bekannt.

a)

Charakterisiere die Fahrt des Sportwagens zwischen A und E und gehe dabei insbesondere (qualitativ) auf die Beschleunigungen ein.

b)

Welche Höchstgeschwindigkeit (in km/h) erreicht der Sportwagen?

c)

Berechne die mittlere Beschleunigung im Abschnitt zwischen A und C.

d)

Welche Strecke legt der Wagen zwischen C und D zurück?

e)

Zwischen A und E liegt die Strecke von ca. 950 m.

Mit welcher mittleren Geschwindigkeit durchfuhr der Wagen diese Strecke?

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a)

A → B: Die Geschwindigkeit des Autos nimmt zu. Dabei steigt die Geschwindigkeitszunahme pro Zeitintervall im Laufe der Bewegung an. Dies bedeutet, dass die Beschleunigung zunimmt.

B → C: Die Geschwindigkeit nimmt weiter zu, jedoch wird die Zunahme pro Zeiteinheit im Laufe der Bewegung kleiner, d.h. der Wert der Beschleunigung nimmt ab.

C → D: Das Auto fährt mit konstanter Geschwindigkeit.

D → E: Der Wert der Geschwindigkeit nimmt im Laufe der Bewegung (annähernd konstant pro Zeitintervall) ab. Die Beschleunigung ist in diesem Intervall nahezu konstant und negativ (Verzögerung).

b)

Die Höchstgeschwindigkeit beträgt etwa \(32\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}} = 32 \cdot 3,6\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}} = 115\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}}\)

c)

\[\bar a = \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} = \frac{{{v_{\rm{E}}} - {v_{\rm{A}}}}}{{\Delta t}} \Rightarrow \bar a = \frac{{32\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}} - 0\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}}}{{20{\rm{s}}}} = 1,6\frac{{\rm{m}}}{{{{\rm{s}}^{\rm{2}}}}}\]

d)

Der Wagen bewegt sich mit gleichförmig mit \(32\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}\) im Zeitintervall \(\left[ {20{\rm{s}}\;;\;33,3{\rm{s}}} \right]\). Der Weg berechnet sich zu\[v = \frac{{\Delta x}}{{\Delta t}} \Leftrightarrow \Delta x = v \cdot \Delta t \Rightarrow \Delta x = 32 \cdot 13,3\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}} \cdot {\rm{s}} = 430{\rm{m}}\]

e)

Berechnung der mittleren Geschwindigkeit im Zeitintervall \(\left[ {0{\rm{s}}\;;\;43,3{\rm{s}}} \right]\):\[\bar v = \frac{{\Delta {x_{{\rm{ges}}}}}}{{\Delta {t_{{\rm{ges}}}}}} \Rightarrow \bar v = \frac{{950{\rm{m}}}}{{43,3{\rm{s}}}} = 22\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}} = 79\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}}\]

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Beschleunigte Bewegung