Senkrechter Wurf

Summary

In diesem Video geht es um die Physik des senkrechten Wurfs, erklärt anhand eines schnellen Aufzugs, der mit Hochgeschwindigkeit nach oben fährt. Dabei werden die Bewegungsgesetze für den Aufzug unter dem Einfluss der Erdgravitation vorgestellt. Es wird gezeigt, wie die Geschwindigkeit des Aufzugs zunächst steigt, dann langsamer wird, um schließlich wieder zu fallen. Der Zuschauer lernt, wie man mit Zeit-Ort- und Zeit-Geschwindigkeitsdiagrammen sowie mathematischen Formeln die maximal erreichte Höhe und Flugzeit berechnet. Ein spannendes Gedankenexperiment führt zu Schwerelosigkeitserlebnissen, die mit realen Anwendungen in Mikrogravitation, wie im Bremer Fallturm, verknüpft werden.

Takeaways

• 😀 Ein senkrechter Wurf ohne Anfangshöhe kann als eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung mit Anfangsgeschwindigkeit beschrieben werden.
• 😀 Der Aufzug im Beispiel wird mit einer Geschwindigkeit von 20,5 m/s nach oben geschossen und erlebt während seines Aufstiegs eine konstante Erdbeschleunigung.
• 😀 Am höchsten Punkt des Wurfs ist die Geschwindigkeit des Aufzugs null, danach beginnt er mit negativer Geschwindigkeit nach unten zu fallen.
• 😀 Das Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm zeigt, dass die Geschwindigkeit des Aufzugs linear mit der Zeit abnimmt, bis er seinen höchsten Punkt erreicht.
• 😀 Die maximale Höhe des Aufzugs lässt sich mit den Bewegungsgesetzen berechnen und beträgt in diesem Beispiel etwa 21 Meter.
• 😀 Die Zeit, die der Aufzug braucht, um den höchsten Punkt zu erreichen (Steigzeit), kann mit der Formel TS = vy0 / g berechnet werden, was für dieses Beispiel 2,05 Sekunden ergibt.
• 😀 Der Aufzug erfährt während des gesamten Flugs Schwerelosigkeit, da die Beschleunigung durch die Erde aufgehoben wird.
• 😀 Die Flugzeit des Aufzugs, also die Zeit, bis er wieder am Startpunkt (Höhe = 0) ankommt, kann ebenfalls berechnet werden und beträgt hier etwa 4,1 Sekunden.
• 😀 Der senkrechte Wurf mit Anfangshöhe wird behandelt, wenn der Aufzug von einer bestimmten Höhe (z. B. 628 m) startet.
• 😀 Für den Fall eines senkrechten Wurfs mit Anfangshöhe muss die Anfangshöhe in die Berechnungen einbezogen werden, was zu einer veränderten Flugzeit und maximalen Höhe führt.
• 😀 Der Bremer Fallturm ist ein Beispiel für die Anwendung von senkrechtem Wurf in Experimenten zur Schwerelosigkeit, wobei Kapseln nach oben katapultiert und dann wieder fallen gelassen werden, um Mikrogravitation zu erzeugen.

Q & A

Was passiert, wenn ein Aufzug im Shanghai Tower ohne Dach nach oben fährt?

Wenn der Aufzug im Shanghai Tower ohne Dach nach oben fährt, würde er theoretisch einige Meter in die Luft fliegen, bevor die Erdbeschleunigung ihn wieder nach unten zieht.

Warum wird der Aufzug langsamer, wenn er nach oben fährt?

Der Aufzug wird langsamer, weil die Erdbeschleunigung (g) entgegen seiner Fahrtrichtung wirkt und ihn nach unten zieht.

Was passiert mit der Geschwindigkeit des Aufzugs an seinem höchsten Punkt?

An seinem höchsten Punkt ist die Geschwindigkeit des Aufzugs null, da er kurz vor dem Umkehren steht und in den Fallmodus übergeht.

Wie verhält sich die Erdbeschleunigung während des senkrechten Wurfs?

Die Erdbeschleunigung bremst den Aufzug beim Aufsteigen ab, wirkt aber beschleunigend, wenn der Aufzug fällt, da sie immer nach unten zieht.

Was ist das Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm und wie wird es für den senkrechten Wurf verwendet?

Das Zeit-Geschwindigkeits-Diagramm zeigt die Momentangeschwindigkeit des Aufzugs in Bezug auf die Zeit. Es hilft zu visualisieren, wie sich die Geschwindigkeit während des Aufzugs nach oben und wieder nach unten verändert.

Wie berechnet man die Steigzeit des Aufzugs?

Die Steigzeit wird mit der Formel TS = vy0 / g berechnet, wobei vy0 die Anfangsgeschwindigkeit und g die Erdbeschleunigung ist.

Was ist die maximale Höhe, die der Aufzug erreicht, und wie wird sie berechnet?

Die maximale Höhe wird mit der Formel ys = vy0² / (2g) berechnet, was in diesem Fall etwa 21 Meter beträgt.

Was passiert, wenn der Aufzug mit einer Anfangshöhe startet?

Wenn der Aufzug mit einer Anfangshöhe startet, muss das Koordinatensystem angepasst werden, und die Berechnungen müssen die zusätzliche Höhe berücksichtigen.

Wie lange dauert es, bis der Aufzug mit einer Anfangshöhe den Boden erreicht?

Die Flugzeit, bis der Aufzug den Boden erreicht, kann mit einer quadratischen Gleichung berechnet werden. Für den Shanghai Tower beträgt die Flugzeit etwa 13,4 Sekunden.

Wie wird Mikrogravitation in Experimenten genutzt und was ist der Bremer Fallturm?

Mikrogravitation wird in Experimenten genutzt, um Phänomene zu untersuchen, die in der Schwerkraft der Erde nicht möglich sind. Der Bremer Fallturm ist ein Gebäude, das Schwerelosigkeit erzeugt, um Experimente in diesem Zustand zu ermöglichen.