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Eine Punktmasse m wird im Schwerefeld der Erde zum Zeitpunkt
in der Höhe
mit einer horizontalen Anfangsgeschwindigkeit
abgeschossen.
Unter welchem Winkel zur Horizontalen trifft die Punktmasse m
auf dem Erdboden
auf?
Dabei wird der Luftwiderstand vernachlässigt. Aus der Kinematik folgt
Gegeben: m,
km/h,
.
Lösung:
Die erste Ableitung liefert die Tangente an die Kurve
am Ort
.
Die Flugkurve ist in Parameterdarstellung gegeben. Die Tangente errechnet
sich aus
Dabei sind und
die Ableitungen der Funktionen
bzw.
nach dem Parameter t. Ensprechend den Differentationsregeln ergibt sich
Aus (1) und (2) folgt
Zur Berechnung des Aufschlagwinkels wird die Zeit
benötigt, die der
Massenpunkt braucht, um die Höhe h zu durchfallen. Diese Zeit erhält man durch Lösen der
Gleichung
Damit ergibt sich
Den Aufschlagwinkel erhält man aus der Umkehrfunktion
Mit den Zahlenwerten errechnet sich der Aufschlagwinkel zu