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https://texercises.com/exercise/freier-fall-mit-luftwiderstand/
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Exercise:
Ein Körper fällt unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft. Zusätzlich wirkt ein Luftwiderstand der proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit ist. Der Luftwiderstand ist gegeben durch sscFL frac c_w rho A v^. Gib die Geschwindigkeit des Körpers in Abhängigkeit von der Zeit an.

Solution:
Aus Newtons zweitem Gesetz erhält man: ma F sscFG - sscFL mg - sscFL mg - frac rho A c_w v^ Dies führt auf folge Differentialgleichung m fracdd vdd t mg - frac rho A c_w v^ welche mit Separation der Variablen gelöst werden kann: fracmmg - frac rho A c_w v^ dd v dd t fracmmg left-fracc_w rho Amgv^right dd v dd t frac-av^ dd v g dd t Mit der Definition a:fracc_w rho Amg kann man nun eine Substitution machen: frac-sqrtav^ dd v g dd t frac-tilde v^ fracsqrta ddtilde v gt + C' fracsqrta textartanhlefttilde vright gt + C' textartanhleftsqrta vright sqrtagt + C sqrta v texttanhleftsqrtagt + Cright v fracsqrta texttanhleftsqrtagt + Cright Wenn der Fallschirmspringer die Endgeschwindigkeit erreicht also nicht mehr schneller wird und damit die Beschleunigung verschwindet was formal ma mg - frac rho A c_w sscvE^ &mustbe heisst folgt für diese Endgeschwindigkeit sscvE fracc_w rho Amg fracsqrta weshalb man die Lösung als v sscvE texttanhleftfracgsscvEt + Cright schreiben kann. Mit der Bedingung v_ vt folgt ausserdem C weshalb die Lösung für die Geschwindigkeitsfunktion v sscvE texttanhleftfracgsscvEtright ist.
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Ein Körper fällt unter dem Einfluss der Erdanziehungskraft. Zusätzlich wirkt ein Luftwiderstand der proportional zum Quadrat der Geschwindigkeit ist. Der Luftwiderstand ist gegeben durch sscFL frac c_w rho A v^. Gib die Geschwindigkeit des Körpers in Abhängigkeit von der Zeit an.

Solution:
Aus Newtons zweitem Gesetz erhält man: ma F sscFG - sscFL mg - sscFL mg - frac rho A c_w v^ Dies führt auf folge Differentialgleichung m fracdd vdd t mg - frac rho A c_w v^ welche mit Separation der Variablen gelöst werden kann: fracmmg - frac rho A c_w v^ dd v dd t fracmmg left-fracc_w rho Amgv^right dd v dd t frac-av^ dd v g dd t Mit der Definition a:fracc_w rho Amg kann man nun eine Substitution machen: frac-sqrtav^ dd v g dd t frac-tilde v^ fracsqrta ddtilde v gt + C' fracsqrta textartanhlefttilde vright gt + C' textartanhleftsqrta vright sqrtagt + C sqrta v texttanhleftsqrtagt + Cright v fracsqrta texttanhleftsqrtagt + Cright Wenn der Fallschirmspringer die Endgeschwindigkeit erreicht also nicht mehr schneller wird und damit die Beschleunigung verschwindet was formal ma mg - frac rho A c_w sscvE^ &mustbe heisst folgt für diese Endgeschwindigkeit sscvE fracc_w rho Amg fracsqrta weshalb man die Lösung als v sscvE texttanhleftfracgsscvEt + Cright schreiben kann. Mit der Bedingung v_ vt folgt ausserdem C weshalb die Lösung für die Geschwindigkeitsfunktion v sscvE texttanhleftfracgsscvEtright ist.
Contained in these collections
Attributes & Decorations
Topic
Tags
area, bewegungsgleichung, differentialgleichung, freier fall, gravitation, hyperbolicus, luftwiderstand, mathematik, mechanik, newtonsche gesetze, physik, tangens
Difficulty
(5, default)
Points
12 (default)
Language
GER (Deutsch)
Type
Calculative / Quantity
Decoration
Content image

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