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Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-100|200|250) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (-800|600|650) angelangt.
Wo ist die Rakete nach 6s?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( -700 400 400 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( -700 400 400 ) = ( -350 200 200 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -100 200 250 ) +t ( -350 200 200 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 6 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -100 200 250 ) +6 ( -350 200 200 ) = ( -2200 1400 1450 ) , also im Punkt P(-2200|1400|1450).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-10|-40|40) (alle Angaben in Meter). Nach 1s ist es im Punkt B (-100|20|60) angelangt.
Welche Strecke hat das Flugzeug nach 9s seit seinem Start zurückgelegt?

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Das Bewegungsobjekt legt in 1s den Vektor AB = ( -90 60 20 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -10 -40 40 ) +t ( -90 60 20 ) 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 = ( -10 -40 40 ) +9 ( -90 60 20 ) = ( -820 500 220 ) , also im Punkt P(-820|500|220).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-10|-40|40) nach P(-820|500|220) bewegt, also um den Vektor AP = ( -810 540 180 ) . Dessen Länge ist (-810) 2 + 5402 + 180 2 = 980100 = 990m.

Geschwindigkeit in km/h

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (30|-10|20) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (310|230|260) angelangt.
Wie groß ist die Geschwindigkeit des Flugzeugs in km/h?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4s den Vektor AB = ( 280 240 240 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 280 240 240 ) = ( 70 60 60 ) zurück. Dieser Vektor hat die Länge = 70 2 + 602 + 60 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m s = 396 km h

Zeit zu gegebener Höhe gesucht

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|-30|40) (alle Angaben in Meter). Nach 3s ist es im Punkt B (210|-270|160) angelangt.
Wann hat das Flugzeug die Höhe von 880m erreicht?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3s den Vektor AB = ( 240 -240 120 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 3 ( 240 -240 120 ) = ( 80 -80 40 ) zurück.

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

In 1s steigt (bzw. sinkt) das Bewegungsobjekt um 40m (Änderung in der x3-Koordinate). Um von 40 auf 880m (also 840m) zu steigen (bzw. fallen), muss es also 840 40 s = 21s lang steigen (bzw. sinken).

Geschwindigkeit rückwärts

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-50|-30|10) und fliegt mit einer Geschwindigkeit von 216km/h in Richtung des Punktes B (110|-190|90) (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= 216000 m 3600 s = 60 m s .
Die Länge des Vektors AB = ( 160 -160 80 ) ist 160 2 + (-160)2 + 80 2 = 57600 = 240 m.
Bei einer Geschwindigkeit von 60 m s . braucht er für diese Strecke 240 60 s = 4s.
Punkt B wird als nach 4s erreicht.

Höhe nach x Kilometern

Beispiel:

Ein Flugzeug startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-30|30|30) (alle Angaben in Meter). Nach 4s ist es im Punkt B (330|270|110) angelangt.
Welche (absolute) Höhe hat das Flugzeug, wenn es 26,4 km zurückgelegt hat?

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Das Bewegungsobjekt legt in 4 s den Vektor AB = ( 360 240 80 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 4 ( 360 240 80 ) = ( 90 60 20 ) zurück.
Die Geradengleichung x = ( -30 30 30 ) +t ( 90 60 20 ) beschreibt also den Ortsvektor zu dem Punkt, an dem sich das Bewegungsobjekt nach t s befindet.
Dieser Richtungsvektor (der in 1 s zurückgelegt wird) hat die Länge = 90 2 + 602 + 20 2 = 12100 = 110.
Die Geschwindigkeit ist also v=110 m s
Für die Strecke von 26.4 km braucht es also 26400 110 s = 240s
Nach dieser Zeit befindet es sich dann im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -30 30 30 ) +240 ( 90 60 20 ) = ( 21570 14430 4830 ) , also im Punkt P(21570|14430|4830).

Die Höhe in diesem Punkt ist einfach die x3-Koordinate, also 4830 (in m).

Abstand zweier Objekte

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( 7 -4 0 ) +t ( 3 59 -40 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (9|-118|89) . Nach 1min ist es im Punkt B (9|-58|49) angelangt.
Wie weit sind die beiden Flugzeuge nach 2min von einander entfernt?

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F2 legt in 1min den Vektor AB = ( 0 60 -40 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 9 -118 89 ) +t ( 0 60 -40 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann.

F1 ist nach 2min an der Stelle P1 ( 7 -4 0 ) +2 ( 3 59 -40 ) = ( 13 114 -80 ) ; F2 an der Stelle P2 ( 9 -118 89 ) +2 ( 0 60 -40 ) = ( 9 2 9 ) .

Wir berechnen zuerst den Verbindungsvektor zwischen P1(13|114|-80) und P2(9|2|9):
P1P2 = ( 9-13 2-114 9-( - 80 ) ) = ( -4 -112 89 )
Die Länge dieses Vektors ist dann der Abstand zwischen P1 und P2
d=| P1P2 | = | ( -4 -112 89 ) | = (-4) 2 + (-112)2 + 89 2 = 20481 ≈ 143.11184437355

Der Abstand ist also ca. 143.11 km.

Gleiche Höhe bei 2 Objekten

Beispiel:

Die Position eines Flugzeugs F1 zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -8 -6 1,6 ) +t ( -9 1 0,2 ) . (alle Koordinaten in km; t in Minuten seit Beobachtungsbeginn). Ein zweites Flugzeug F2 startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-28|39|0) . Nach 5min ist es im Punkt B (-33|9|2) angelangt.
Wann sind die beiden Flugzeuge auf gleicher Höhe?

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Das Flugzeug F2 legt in 5min den Vektor AB = ( -5 -30 2 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 5 ( -5 -30 2 ) = ( -1 -6 0.4 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( -28 39 0 ) +t ( -1 -6 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:

0,2t +1,6 = 0,4t +0
0,2t +1,6 = 0,4t | -1,6 -0,4t
-0,2t = -1,6 |:(-0,2 )
t = 8

nach 8 min sind also beide auf gleicher Höhe: 0,28 +1,6 = 3.2 = 0,48 +0


Höhendifferenz der Flugbahnen

Beispiel:

Die Gondel einer Seilbahn startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (4|-8|0,8) . Nach 5s ist sie im Punkt B (4|-3|1,8) angelangt. Die Position einer Drohne zum Zeitpunkt t ist gegeben durch x = ( -8 4 1,5 ) +t ( 3 -2 0,1 ) . (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.

Lösung einblenden

Die Seilbahngondel legt in 5s den Vektor AB = ( 0 5 1 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 5 ( 0 5 1 ) = ( 0 1 0.2 ) zurück. Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g2 mit g2: x = ( 4 -8 0.8 ) +t ( 0 1 0.2 ) 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.

( -8 4 1.5 ) +s ( 3 -2 0.1 ) = ( 4 -8 0.8 ) +t ( 0 1 0.2 ) da ja aber nur die x1- und x2-Koordinaten gleich sein müssen ergibt sich folgendes LGS:

-8+3s= 4+0t4-2s= -8+1t

3s = 12 (I) -2s -1t = -12 (II)
3s = 12 (I) -2s -1t = -12 (II)

langsame Rechnung einblenden2·(I) + 3·(II)

3s = 12 (I) ( 6 -6 )s +(0 -3 )t = ( 24 -36 ) (II)
3s = 12 (I) -3t = -12 (II)
Zeile (II): -3t = -12

t = 4

eingesetzt in Zeile (I):

3s = 12

s = 4

L={(4 |4 )}

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

die Drohne ist also nach 4s bei ( -8 4 1.5 ) +4 ( 3 -2 0.1 ) = ( 4 -4 1.9 ) , während die Seilbahngondel nach 4s bei ( 4 -8 0.8 ) +4 ( 0 1 0.2 ) = ( 4 -4 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 m

Ort nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Ein Heißluftballon startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-40|10|30) (alle Angaben in Meter). Nach 3min ist er im Punkt B (200|-110|60) angelangt.
An welchem Ort befindet sich der Heißluftballon nach 8min?

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Das Bewegungsobjekt legt in 3min den Vektor AB = ( 240 -120 30 ) zurück.
In 1min legt es also den Vektor 1 3 ( 240 -120 30 ) = ( 80 -40 10 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -40 10 30 ) +t ( 80 -40 10 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 8 min befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -40 10 30 ) +8 ( 80 -40 10 ) = ( 600 -310 110 ) , also im Punkt P(600|-310|110).

Strecke nach t Zeiteinheiten

Beispiel:

Eine Rakete startet zum Zeitpunkt t=0 im Punkt A (-100|0|200) (alle Angaben in Meter). Nach 2s ist es im Punkt B (500|700|800) angelangt.
Wie weit ist die Rakete nach 6s geflogen?

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Das Bewegungsobjekt legt in 2s den Vektor AB = ( 600 700 600 ) zurück.
In 1s legt es also den Vektor 1 2 ( 600 700 600 ) = ( 300 350 300 ) zurück.

Die Flugbahn/Bewegungsbahn kann als Gerade g mit g: x = ( -100 0 200 ) +t ( 300 350 300 ) dargestellt werden, wobei der Parameter t dabei einfach als Zeit betrachtet werden kann. Nach 6 s befindet es sich also im Punkt mit dem Ortsvektor
OP = ( -100 0 200 ) +6 ( 300 350 300 ) = ( 1700 2100 2000 ) , also im Punkt P(1700|2100|2000).

Das Bewegungsobjekt hat sich dann von A(-100|0|200) nach P(1700|2100|2000) bewegt, also um den Vektor AP = ( 1800 2100 1800 ) . Dessen Länge ist 1800 2 + 21002 + 1800 2 = 10890000 = 3300m.