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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|-40|20) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (200|-120|40) angelangt.
An welchem Ort befindet sich das Flugzeug nach 4s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( 160 -80 20 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 160 -80 20 ) = ( 80 -40 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 40 -40 20 ) +t ( 80 -40 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 4 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 40 -40 20 ) +4 ( 80 -40 10 ) = ( 360 -200 60 ) , also im Punkt P(360|-200|60).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|20|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (50|80|80) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 11s seit seinem Start zurückgelegt?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 60 60 30 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 60 60 30 ) = ( 20 20 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 20 50 ) +t ( 20 20 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 11 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -10 20 50 ) +11 ( 20 20 10 ) = ( 210 240 160 ) , also im Punkt P(210|240|160).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-10|20|50) nach P(210|240|160) bewegt, also um den Vektor AP = ( 220 220 110 ) . Dessen Länge ist 220 2 + 2202 + 110 2 = 108900 = 330m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|-40|20) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (230|-280|140) angelangt.
Gib die Geschwindigkeit des Heißluftballons in km/h an?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 240 -240 120 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 240 -240 120 ) = ( 80 -80 40 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 80 2 + (-80)2 + 40 2 = 14400 = 120.
Die Geschwindigkeit ist also v=120 m min = 7.2 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (10|-30|40) (alle Angaben in Meter). Nach 4min ist er im Punkt B (330|290|200) angelangt.
Wann hat der Heißluftballon die Höhe von 2120m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4min den Vektor AB = ( 320 320 160 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 4 ( 320 320 160 ) = ( 80 80 40 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 10 -30 40 ) +t ( 80 80 40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1min steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 40m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 40 auf 2120m (also 2080m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 2080 40 min = 52min lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Eine Leuchtrakete befindet sich zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (250|-150|0) und fliegt mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1620km/h in Richtung des Punktes B (-800|450|600) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt sie im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 1620000 m 3600 s = 450 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -1050 600 600 ) ist (-1050) 2 + 6002 + 600 2 = 1822500 = 1350 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 450 m s . braucht er für diese Strecke 1350 450 s = 3s.
Punkt B wird als nach 3s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-30|0) (alle Angaben in Meter). Da der Wind extrem gleichmäßig ist, fliegt er mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn. Nach 1min ist er im Punkt B (-54|-54|12) angelangt.
Welche Höhe hat der Heißluftballon, wenn er 5,04 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1 min den Vektor AB = ( -24 -24 12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -30 -30 0 ) +t ( -24 -24 12 ) beschreibt also den Ortsvektor zu dem Punkt, an dem sich das Bewegungsobjekt nach t min befindet.
Dieser Richtungsvektor (der in 1 min zurückgelegt wird) hat die Länge = (-24) 2 + (-24)2 + 12 2 = 1296 = 36.
Die Geschwindigkeit ist also v=36 m min
Für die Strecke von 5.04 km braucht es also 5040 36 min = 140min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -30 -30 0 ) +140 ( -24 -24 12 ) = ( -3390 -3390 1680 ) , also im Punkt P(-3390|-3390|1680).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 1680 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -7 -9 2 ) +t ( 5 -15 0 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-13|23|9) . Nach 2s ist sie im Punkt B (-1|-7|5) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 2s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( 12 -30 -4 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 12 -30 -4 ) = ( 6 -15 -2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -13 23 9 ) +t ( 6 -15 -2 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2s an der Stelle P1 ( -7 -9 2 ) +2 ( 5 -15 0 ) = ( 3 -39 2 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( -13 23 9 ) +2 ( 6 -15 -2 ) = ( -1 -7 5 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(3|-39|2) und P2(-1|-7|5):
P1P2 = ( -1-3 -7-( - 39 ) 5-2 ) = ( -4 32 3 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -4 32 3 ) | = (-4) 2 + 322 + 3 2 = 1049 ≈ 32.388269481403

Der Abstand ist also ca. 32.39 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-2|47|2,1) . Nach 4s ist sie im Punkt B (2|51|2,5) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -4 10 0,7 ) +t ( 1 8 0,3 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn).
Wann sind die Seilbahngondel und die Drohne auf gleicher Höhe?

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Die Seilbahngondel legt in 4s den Vektor AB = ( 4 4 0.4 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 4 4 0.4 ) = ( 1 1 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -2 47 2.1 ) +t ( 1 1 0.1 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Um den Zeitpunkt zu finden, wann beide die gleiche Höhe haben, muss einfach ein t gefunden werden, bei dem die x3-Koordinate bei beiden Gleichungen gleich groß ist, also:

0,3t +0,7 = 0,1t +2,1 | -0,7 -0,1t
0,2t = 1,4 |:0,2
t = 7

nach 7 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,37 +0,7 = 2.8 = 0,17 +2,1


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Position eines Heißluftballon F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -106 -18 0,5 ) +t ( 8 -3 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Stunden seit Beobachtungsbeginn). Ein zweiter Heißluftballon F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (6|-4|0,9) . Nach 5h ist er im Punkt B (-34|-29|1,4) angelangt. Bei beiden soll angenommen werden, dass sie sich mit konstanter Geschwindigkeit auf einer geradlinigen Bahn fortbewegen.
Die Partyheißluftballone sprühen einen pinken Farbstoff aus, so dass ihre Flugbahn noch einige Zeit später zu erkennen ist. Ein Beobachter steht direkt senkrecht unter dem scheinbaren Schnittpunkt der beiden Flugbahnen der Ballone. Wie hoch ist an dieser Stelle der Höhenunterschied der beiden Flugbahnen tatsächlich?

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Der Heißluftballon F2 legt in 5h den Vektor AB = ( -40 -25 0.5 ) zurück.
In 1h legt es also den Vektor 1 5 ( -40 -25 0.5 ) = ( -8 -5 0.1 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 6 -4 0.9 ) +t ( -8 -5 0.1 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Den scheinbaren Schnittpunkt der beiden Bewegungsbahnen, den man von direkt darüber oder direkt darunter sehen könnte, berechnet man indem man die x1- und x2-Koordinaten der beiden Geradengleichungen gleichsetzt.

( -106 -18 0.5 ) +s ( 8 -3 0.2 ) = ( 6 -4 0.9 ) +t ( -8 -5 0.1 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-106+8s= 6-8t-18-3s= -4-5t

8s +8t = 112 (I) -3s +5t = 14 (II)
8s +8t = 112 (I) -3s +5t = 14 (II)

langsame Rechnung einblenden3·(I) + 8·(II)

8s 8t = 112 (I) ( 24 -24 )s +( 24 +40 )t = ( 336 +112 ) (II)
8s +8t = 112 (I) +64t = 448 (II)
Zeile (II): +64t = 448

t = 7

eingesetzt in Zeile (I):

8s +8·(7 ) = 112 | -56
8 s = 56 | : 8

s = 7

L={(7 |7 )}

Das heißt also, dass der Heißluftballon F1 nach 7h und der Heißluftballon F2 nach 7h an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

der Heißluftballon F1 ist also nach 7h bei ( -106 -18 0.5 ) +7 ( 8 -3 0.2 ) = ( -50 -39 1.9 ) , während der Heißluftballon F2 nach 7h bei ( 6 -4 0.9 ) +7 ( -8 -5 0.1 ) = ( -50 -39 1.6 ) ist.

Sie haben dort also die selben x1- und x2-Koordinaten, in der Höhe (x3-Koordinate) haben sie jedoch einen Unterschied von

1.9 - 1.6 = 0.3 km

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 6 -3 0 ) +t ( 4 -3 -2 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (4|11|6) . Nach 5s ist sie im Punkt B (24|-4|-9) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 5s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 5s den Vektor AB = ( 20 -15 -15 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( 20 -15 -15 ) = ( 4 -3 -3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 4 11 6 ) +t ( 4 -3 -3 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 5s an der Stelle P1 ( 6 -3 0 ) +5 ( 4 -3 -2 ) = ( 26 -18 -10 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 4 11 6 ) +5 ( 4 -3 -3 ) = ( 24 -4 -9 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(26|-18|-10) und P2(24|-4|-9):
P1P2 = ( 24-26 -4-( - 18 ) -9-( - 10 ) ) = ( -2 14 1 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -2 14 1 ) | = (-2) 2 + 142 + 1 2 = 201 ≈ 14.177446878758

Der Abstand ist also ca. 14.18 m.

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|50|40) (alle Angaben in Meter). Nach 1min ist er im Punkt B (-60|30|50) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 10min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1min den Vektor AB = ( -20 -20 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -40 50 40 ) +t ( -20 -20 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 10 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -40 50 40 ) +10 ( -20 -20 10 ) = ( -240 -150 140 ) , also im Punkt P(-240|-150|140).