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Erarbeitung

Leitfrage

Gegeben ist eine Zeit-Weg-Funktion, die die Bewegung eines Autos beschreibt. Die Zeit wird dabei in Sekunden [s], der zurückgelegte Weg in Meter [m] angegeben. Wie kann man die momentane Geschwindigkeit des Autos ermitteln?

Eine Momentangeschwindigkeit abschätzen

Betrachte die Autofahrt, die im Applet dargestellt ist. Bearbeite die Aufgaben unter dem Applet.

Zum Herunterladen: tempolimit2.ggb

Aufgabe 1

(a) Blende im Applet das Werkzeug ein. Deute die angezeigten Koordinaten der beiden Punkte P und Q. Deute auch die Zahlenangabe an dem roten und dem violetten Pfeil.

(b) Bestimme die mittlere Geschwindigkeit in dem Zeitintervall, das durch die beiden Punkte $P$ und $Q$ festgelegt wird.

Infos zur Geschwindigkeitsberechnung

Die mittlere Geschwindigkeit (bzw. Durchschnittsgeschwindigkeit) in einem Zeitintervall bestimmt man so:

$\text{mittlere Geschwindigkeit} = \displaystyle{\frac{\text{zurückgelegte Wegstrecke}}{\text{benötigte Zeit}}}$

Wenn man die mittlere Geschwindigkeit mit den Koordinaten der Punkte $P$ und $Q$ bestimmt, erhält man eine Geschwindigkeit in der Einheit $m/s$. Zur Umrechnung in die Einheit $km/h$ benutzt man den Zusammenhang $3.6 \, km/h = 1 \, m/s$.

(c) Variiere die Lage der Punkte $P$ und $Q$ so, dass du bessere Abschätzungen für die Geschwindigkeit des Autos an der Blitzerposition erhältst. Zu welchem Ergebnis kommt man dabei? Soll R. Protest einlegen? Dokumentiere die Berechnungen.

...

Aufgabe 2

Die Bußgeldstelle gibt sich mit den Berechnungen von R. nicht zufrieden:

Wir haben das Werkzeug verbessert, um genauere Ergebnisse zu erhalten (siehe Applet unten). Wir kommen damit zu dem Ergebnis, dass sie mehr als 53 km/h schnell unterwegs waren.

Verwende das neue Werkzeug, um die Aussage der Bußgeldstelle zu überprüfen. Gib immer kleinere Zeitintervalle ein.

Applet einblenden

Zum Herunterladen: tempolimit3.ggb

  • Mit der Eingabe $x_0 = [\dots]$ legt man den Zeitpunkt fest, für den man die Momentangeschwindigkeit bestimmen will (z.B. $x_0 = 12$). Der Wert $x_0$ ist die $x$-Koordinate vom Punkt $P$.
  • Mit der Eingabe $h = [\dots]$ legt man fest, wie groß das betrachtete Zeitintervall sein soll. Hier kann man sehr kleine Zeitintervalle eingeben (z.B. $h = 0.001$). Der Punkt Q hat dann die x-Koordinate $x_0+h$.
  • Angezeigt werden die y-Koordinate $f(x_0)$ von P sowie $f(x_0+h)$ von Q.
  • Die mittlere Geschwindigkeit zum Zeitintervall $x_0 \leq x \leq x_0+h$ kann man jezt aus den eingegebenen und den angezeigten Werten berechnen.

Aufgabe 3

Erkläre, warum man zur Bestimmung der Momentangeschwindigkeit die beiden Punkte P und Q nicht beide an die Blitzerposition verschieben darf.

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