Berechnung des optimalen Abwurfwinkels

Aufrufe: 504     Aktiv: 02.10.2025 um 20:18

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Ich hoffe von euch kann mir hier jemand weiterhelfen. Die Aufgabenstellung ist meiner Meinung nach leider nicht eindeutig formuliert. Eine Lösungsweg habe ich nicht, nur ein Ergebnis. Ich Danke euch!

Für einen schrägen Wurf an einem abschüssigen Hang mit gegebener Neigung beta gegen die Horizontale soll der optimale Abwurfwinkel alpha_opt ermittelt werden, der zur maximalen Wurfweite führt. Der Einfluss des Luftwiderstandes soll dabei vernachlässigt werden. 

Würde mich über jeden Tipp freuen! 

LG
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Student, Punkte: 10

 
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Diese Aufgabe ist schon eindeutig gestellt. 

Man berechnet man die Wurfweite, welche von 
- \(\alpha\),
- \(\beta\),
- dem Betrag der Anfangsgeschwindigkeit \(v_0\)
- und der Schwerebeschleunigung g
abhängt.

Diese Formel ist recht wuchtig, aber sie kann in zwei Faktoren zerlegt werden. Der erste Faktor hängt nur von g und \(v_0\) ab, und der zweite nur von \(\alpha\) und \(\beta\).

Nun reicht es aus, den ZWEITEN Faktor zu maximieren. Man erhält so \(\alpha_{\mbox{opt}}\), welches nur von \(\beta\) abhängt.

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Hallo m.simon.539,

erst einmal finde ich solche Aufgaben interessant. Sehe das richtig, dass:
1. die Gleichung der Wurfparabel und die der schiefen Ebene gleichgesetzt werden; x ist dann die Wurfweite
2. dann nach x umgestellt und nach \(\alpha\) abgeleitet wird
3. die erste Nullstelle dieser Ableitung gesucht wird
Danke für eine Rückmeldung.
  ─   mpstan 28.09.2025 um 17:03

Ich danke dir für deinen Kommentar! Leider komme ich nicht auf einen passenden Ansatz, ich weiß
nicht, wie ich anfangen soll. Hättest du zur Vorgehensweise einen Tipp für mich? Bei der Aufgabe ist leider keine Skizze dabei, sodass ich mir den Sachverhalt nicht wirklich vorstellen kann. Vielen Dank! :)
  ─   franzig 30.09.2025 um 16:38

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ich schreibe das als Antwort, um Bilder einstellen zu können. Beispielhaft sieht das so aus:

Grün ist die Wurfparabel mit dem Abwurfwinkel \(\alpha\), rot der abschüssige Hang.
\(x_W\) ist die Wurfweite in x-Richtung und die soll abhängig von \(\alpha\) maximiert werden.
Die Parabel wird mit \(f(x)=tan\text{ }\alpha\cdot x-\frac{1}{2}\cdot g\cdot\frac{x^2}{cos²\alpha\cdot v_0^2}\) beschrieben.
Der Hang mit \(g(x)=tan\text{ }\beta\cdot x\)
Beide Funktionen werden gleichgesetzt und wir erhalten die x-Werte der Schnittpunkte. Ein x-Wert ist 0, der andere ist \(x_w=(tan\text{ }\alpha-tan\text{ }\beta)\cdot\frac{2\cdot cos²\alpha\cdot v_0^2}{g}\). Da die maximale Wurfweite in Abängingkeit von \(\alpha\) gesucht wird, muss jetzt nach \(\alpha\) abgeleitet werden und die erste Nullstelle dieser Ableitung gesucht werden.
Es mag sein, dass es noch andere Wege gibt, für Hinweise bin ich dankbar.
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Sonstiger Berufsstatus, Punkte: 230

 

Das sieht gut aus. Die Formel für \(x_w\) ist jedenfalls richtig.
Allerdings musst Du bedenken, dass jetzt \(\beta \le 0\) und damit \(\tan\beta \le 0\).

Die Lösung der Gleichung \(\displaystyle \frac{d x_w}{d \alpha} = 0\) ist allerdings ein wenig schwierig- Falls Du hier Hilfe brauchst, bitte nochmal melden.
  ─   m.simon.539 02.10.2025 um 20:18

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