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Aufgabe

Interpretation von Diagrammen

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere 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)Berechne die mittlere Beschleunigung des Sportwagens im Abschnitt zwischen A und C.

c)Bestimme die Höchstgeschwindigkeit (in \(\frac{{{\rm{km}}}}{{\rm{h}}}\)), die der Sportwagen erreicht.

d)Berechne die Strecke, die der Wagen zwischen C und D zurücklegt.

e)Zwischen A und E liegt die Strecke von ca. \(950\,\rm{m}\). Berechne die mittlere Geschwindigkeit, mit der Wagen diese Strecke durchfuhr.

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

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

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

Lineare Bewegung - Gleichungen