Wurf und Fall im Vergleich

Dies ist die virtuelle Version des "Kugeltreffer-Experiments" in einer Art "Stroboskopaufnahme".

Für die Wiedergabe benötigt man die Java-Runtime-Environment. Wenn Sie diese nicht haben, können Sie sie hier kostenlos herunterladen.
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Der rote Ball kommt mit einer horizontalen Geschwindigkeit von v_x = 5 m/s auf einer Schiene von links angerollt.
In dem Augenblick, in dem er das Ende der Schiene erreicht, wird die Zeit gestartet (t = 0 s).
Der Magnet (rechts) gibt genau in diesem Augenblick die graue Kugel frei, die einen freien Fall durchführt.

Die rote Kugel führt einen waagrechten Wurf aus.

Man kann die Wurfbewegung der roten Kugel als die Überlagerung zweier unabhängiger Teilbewegungen ansehen:

1.) Bewegung in horizontaler Richtung.

Belasse zunächst die Geschwindigkeit auf dem vorgegebenen Wert (5 m/s).
Klicke zuerst "Reset" und dann mehrfach "Schritt >>".

Wie kommt die rote Kugel in horizontaler Richtung (also von links nach rechts) voran?

• Bei jedem Mausklick ( entspricht 0,05 s) bewegt sich die Kugel um eine Rasterlinie nach rechts, in der horizontalen Richtung bewegt sie sich also gleichförmig.
  Die Strecke, die dabei jeweils zurückgelegt wird, ist s = v_x*t = 5 m/s * 0,05 s = 0,25 m
  ( Du kannst dies nachprüfen, indem du jeweils mit der linken Maustaste in die Mitte der Kugel klickst, du bekommst dann in einem kleinen gelben Fenster die Ortskoordinaten angezeigt, die erste Zahl ist die x-Koordinate, die zweite Zahl die y-Koordinate )

2.) Bewegung in vertikaler Richtung.

Während sich die rote Kugel in horizontaler Richtung weiterbewegt, wirkt auf sie auch noch die (konstante) Gewichtskraft ein, die sie gleichzeitig nach unten beschleunigt. Sie führt also auch noch eine Fallbewegung aus.

Belasse zunächst die Geschwindigkeit auf dem vorgegebenen Wert (5 m/s).
Klicke zuerst "Reset" und dann mehrfach "Schritt >>".

• Wie weit unterhalb der blauen Nulllinie befinden sich die rote und die graue Kugel jeweils zum gleichen Zeitpunkt?

3.) Treffer oder nicht?

Verändere nun auch die horizontale Geschwindigkeit.

Der Magnet befindet sich 4,0 m vom rechten Rand der Schiene entfernt.
Die Schiene ist 2,75 m oberhalb des Fußbodens.

• Was geschieht, wenn du sie größer als in der Grundeinstellung (5 m/s) machst?
• Was geschieht, wenn du sie kleiner als in der Grundeinstellung machst?
• Kannst du (allgemein) angeben, wie schnell die Kugel in horizontaler Richtung mindestens sein muss, damit sich die beiden Kugeln noch oberhalb des Bodens treffen?

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Die Datei herunterladen : kugeltreffer.zip

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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets von Wolfgang Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA (Copyright Hinweise) © Javascript dieses Problems: Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver Baden-Württemberg