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