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Aufgabe

Der gefährliche Golfball

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

a)Ein Golfspieler bringt seinen Ball der Masse \(0{,}050\,{\rm{kg}}\) in der Zeit \({0{,}20\,{\rm{s}}}\) auf die Geschwindigkeit \({50\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}}\). Berechne, welche (durchschnittliche) Kraft er auf den Ball ausübt.

b)Der Ball wird aus dieser Geschwindigkeit am Kopf eines Mitspielers auf einer Strecke von \({3{,}0\,{\rm{cm}}}\) zum Stillstand abgebremst. Berechne, welche Bremskraft auf den Ball wirkt.

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a)Vereinfachend wird angenommen, dass die Beschleunigung konstant ist; damit ergibt sich dann die durchschnittliche beschleunigende Kraft zu
\[F = m \cdot a = m \cdot \frac{{\Delta v}}{{\Delta t}} \Rightarrow F = 0,050{\rm{kg}} \cdot \frac{{50\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}}}{{0,20{\rm{s}}}} = 13{\rm{N}}\]

b)Zum einen gilt nach  dem 2. Axiom von NEWTON
\[{F = m \cdot a}\quad(1)\]
Weiter ergibt sich aus der kinematischen Beziehung \({2 \cdot a \cdot s = {v^2} - v_0^2}\) mit \({v = 0\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}}\)
\[a = \frac{{ - v_0^2}}{{2 \cdot s}}\quad(2)\]
Einsetzen von \((2)\) in \((1)\) ergibt
\[F = m \cdot \frac{{ - v_0^2}}{{2 \cdot s}} \Rightarrow F = 0{,}050\,{\rm{kg}} \cdot \frac{{ - {{\left( {50\,\frac{{\rm{m}}}{{\rm{s}}}} \right)}^2}}}{{2 \cdot 0{,}030\,{\rm{m}}}} =  - 2{,}1\,{\rm{kN}}\]

Grundwissen zu dieser Aufgabe

Mechanik

Lineare Bewegung - Gleichungen