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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-150|200|100) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (750|-250|400) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 9s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 900 -450 300 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 900 -450 300 ) = ( 300 -150 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -150 200 100 ) +t ( 300 -150 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 9 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -150 200 100 ) +9 ( 300 -150 100 ) = ( 2550 -1150 1000 ) , also im Punkt P(2550|-1150|1000).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (0|-30|50) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (180|-210|140) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 8s seit seinem Start zurückgelegt?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 180 -180 90 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 180 -180 90 ) = ( 60 -60 30 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 0 -30 50 ) +t ( 60 -60 30 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 8 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( 0 -30 50 ) +8 ( 60 -60 30 ) = ( 480 -510 290 ) , also im Punkt P(480|-510|290).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(0|-30|50) nach P(480|-510|290) bewegt, also um den Vektor AP = ( 480 -480 240 ) . Dessen Länge ist 480 2 + (-480)2 + 240 2 = 518400 = 720m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|0|50) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (290|120|130) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 240 120 80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 240 120 80 ) = ( 60 30 20 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 60 2 + 302 + 20 2 = 4900 = 70.
Die Geschwindigkeit ist also v=70 m s = 252 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (40|50|20) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (160|170|80) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 620m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 120 120 60 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 120 120 60 ) = ( 40 40 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 40 50 20 ) +t ( 40 40 20 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 20m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 20 auf 620m (also 600m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 600 20 s = 30s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|40|50) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 324km/h in Richtung des Punktes B (-170|320|210) (alle Koordinatenangaben in Meter).
Wann kommt es im Punkt B an?

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Zuerst rechnen wir die Geschwindigkeit von km/h in m s um: v= 324000 m 3600 s = 90 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( -160 280 160 ) ist (-160) 2 + 2802 + 160 2 = 129600 = 360 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 90 m s . braucht er für diese Strecke 360 90 s = 4s.
Punkt B wird als nach 4s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Uboot startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-9|3|0) (alle Angaben in Meter). Nach 1min geradliniger Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit ist es im Punkt B (12|15|-12) angelangt.
Wie tief ist das Uboot, wenn es 2,16 km zurückgelegt hat? (bitte als Höhe angeben, also mit negativem Vorzeichen)

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Das Bewegungsobjekt legt in 1 min den Vektor AB = ( 21 12 -12 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -9 3 0 ) +t ( 21 12 -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 = 21 2 + 122 + (-12) 2 = 729 = 27.
Die Geschwindigkeit ist also v=27 m min
Für die Strecke von 2.16 km braucht es also 2160 27 min = 80min
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -9 3 0 ) +80 ( 21 12 -12 ) = ( 1671 963 -960 ) , also im Punkt P(1671|963|-960).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also -960 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -3 -4 -2 ) +t ( -10 11 -2 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn). Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (9|-14|3) . Nach 3s ist sie im Punkt B (-21|22|-9) angelangt. Wie weit sind die Drohne und die Seilbahngondel nach 4s von einander entfernt?

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Die Seilbahngondel legt in 3s den Vektor AB = ( -30 36 -12 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( -30 36 -12 ) = ( -10 12 -4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 9 -14 3 ) +t ( -10 12 -4 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 4s an der Stelle P1 ( -3 -4 -2 ) +4 ( -10 11 -2 ) = ( -43 40 -10 ) ; Die Seilbahngondel an der Stelle P2 ( 9 -14 3 ) +4 ( -10 12 -4 ) = ( -31 34 -13 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(-43|40|-10) und P2(-31|34|-13):
P1P2 = ( -31-( - 43 ) 34-40 -13-( - 10 ) ) = ( 12 -6 -3 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( 12 -6 -3 ) | = 12 2 + (-6)2 + (-3) 2 = 189 ≈ 13.747727084868

Der Abstand ist also ca. 13.75 m.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (8|126|0,9) . Nach 1s ist sie im Punkt B (0|116|1,3) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 2 6 0,5 ) +t ( -2 10 0,5 ) . (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 1s den Vektor AB = ( -8 -10 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 8 126 0.9 ) +t ( -8 -10 0.4 ) 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:

0,5t +0,5 = 0,4t +0,9 | -0,5 -0,4t
0,1t = 0,4 |:0,1
t = 4

nach 4 s sind also beide auf gleicher Höhe: 0,54 +0,5 = 2.5 = 0,44 +0,9


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-26|-18|0,1) . Nach 2s ist sie im Punkt B (-26|2|0,7) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -6 -8 0,8 ) +t ( -5 10 0,2 ) . (alle Koordinaten in m; t in Sekunden seit Beobachtungsbeginn).
Es gibt einen Zeitpunkt, an dem die Drohne genau über der Seilbahn ist. Berechne den vertikalen Höhenunterschied zwischen Drohne und Seilbahn an dieser Stelle.

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Die Seilbahngondel legt in 2s den Vektor AB = ( 0 20 0.6 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 0 20 0.6 ) = ( 0 10 0.3 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -26 -18 0.1 ) +t ( 0 10 0.3 ) 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.

( -6 -8 0.8 ) +s ( -5 10 0.2 ) = ( -26 -18 0.1 ) +t ( 0 10 0.3 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-6-5s= -26+0t-8+10s= -18+10t

-5s = -20 (I) 10s -10t = -10 (II)
-5s = -20 (I) 10s -10t = -10 (II)

langsame Rechnung einblenden2·(I) + 1·(II)

-5s = -20 (I) ( -10 +10 )s +(0 -10 )t = ( -40 -10 ) (II)
-5s = -20 (I) -10t = -50 (II)
Zeile (II): -10t = -50

t = 5

eingesetzt in Zeile (I):

-5s = -20

s = 4

L={(4 |5 )}

Das heißt also, dass die Drohne nach 4s und die Seilbahngondel nach 5s an diesem 'x1-x2-Schnittpunkt' ist.

die Drohne ist also nach 4s bei ( -6 -8 0.8 ) +4 ( -5 10 0.2 ) = ( -26 32 1.6 ) , während die Seilbahngondel nach 5s bei ( -26 -18 0.1 ) +5 ( 0 10 0.3 ) = ( -26 32 1.6 ) ist.

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

1.6 - 1.6 = 0 m

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (50|-150|150) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-150|50|250) angelangt.
Wann hat die Rakete die Höhe von 1450m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -200 200 100 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( 50 -150 150 ) +t ( -200 200 100 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 100m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 150 auf 1450m (also 1300m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 1300 100 s = 13s lang steigen (bzw. sinken).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-19|-13|43) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (-1|11|7) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -7 5 0 ) +t ( 7 7 -12 ) . (alle Koordinaten in m; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn).
Wie weit sind der Heißluftballon und die Drohne nach 2min von einander entfernt?

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Der Heißluftballon legt in 3min den Vektor AB = ( 18 24 -36 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 18 24 -36 ) = ( 6 8 -12 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -19 -13 43 ) +t ( 6 8 -12 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

Die Drohne ist nach 2min an der Stelle P1 ( -7 5 0 ) +2 ( 7 7 -12 ) = ( 7 19 -24 ) ; Der Heißluftballon an der Stelle P2 ( -19 -13 43 ) +2 ( 6 8 -12 ) = ( -7 3 19 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(7|19|-24) und P2(-7|3|19):
P1P2 = ( -7-7 3-19 19-( - 24 ) ) = ( -14 -16 43 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -14 -16 43 ) | = (-14) 2 + (-16)2 + 43 2 = 2301 ≈ 47.968739820846

Der Abstand ist also ca. 47.97 m.