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Erste Ableitung/Horizontaler Wurf

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


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