Überlagerung von Bewegungen
Simulation
Aufgabe
1. Ein Schiff befindet sich auf einem Gewässer. Simulieren Sie folgende Möglichkeiten. Nutzen Sie sämtliche Schaltflächen und interpretieren Sie die Ergebnisse.
a) Das Schiff lässt sich auf einem Fluss treiben. Die Flussgeschwindigkeit beträgt 2,4m/s. Halten Sie die Bewegung nach 15s an.
b) Dass Schiff bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 4,4m/s flussabwärts. Lassen Sie das Boot 100m zurückzulegen.
c) Das Schiff überquert ein 80m breites, stehendes Gewässer senkrecht zum Ufer.
d) Das Schiff hält die Fahrtrichtung. Aber es befindet sich auf dem Fluss.
e) Das Schiff beschleunigt konstant vom Ufer aus, um nach 20s das gegenüberliegende Ufer zu erreichen - auf einem stehenden Gewässer und auf dem Fluss.

2. Simulieren Sie senkrechte Würfe nach oben und unten.

3. Simulieren Sie einen schiefen Wurf. Vergleichen Sie die Videoüberblendung des schiefen Wurfs und des senkrechten Wurfs mit dieser Simulation. Verdeutlichen und erklären Sie, wie sich der schiefe Wurf als Überlagerung von bekannten Bewegungen deuten lässt.

4. a) Demonstrieren Sie unterschiedliche Möglichkeiten, wie ein 50 m entferntes Ziel aus 40 m Höhe getroffen werden kann.
b) Versuchen Sie, mit einer möglichst kleinen Abwurfgeschwindigkeit das Ziel zu treffen.
c) In welchem Bereich muss der Abwurfwinkel liegen, damit das Ziel überhaupt getroffen werden kann?
d) Welcher Abwurfwinkel ergibt sich, wenn ein Ziel auf gleicher Höhe mit minimaler Abwurfgeschwindigkeit getroffen werden soll?
Hintergrund
Bewegungen können nur relativ zu einem Bezugssystem beschrieben werden.

In einem Flughafengebäude geht eine Person A auf dem Laufband. Neben ihr läuft auf gleicher Höhe eine zweite Person B. Beobachter C kann die Bewegungen nicht unterscheiden. Jede Bewegung lässt sich als eine Überlagerung einer Bewegung auf dem Laufband und einer Bewegung des Laufbandes deuten.


Die Überlagerung der Bewegung lässt sich als vektorielle Addition der Strecken und Geschwindigkeiten deuten. Beides kann man sich in der Simulation ansehen, indem man die entsprechenden Pfeilbilder und Diagramme zuschaltet.

Auch zweidimensionale Bewegungen lassen ich als Überlagerungen auffassen: Diesmal sind es zwei senkrecht zueinander stehenden Bewegungen, die sich zu einer dritten zusammensetzen. Der Läufer im Bild oben bewegt sich in dieser Situation quer zum Laufband.
Anleitung
In Simulationen ist es möglich, die animiert dargestellten Abläufe und ihre Auswertung durch die Veränderung der jeweils vorgegebenen Parameter zu beeinflussen.

In der Simulation schiebt sich ein Laufband gleichförmig von links nach rechts. Dieser Fortbewegung kann eine zweite, parallel oder senkrecht dazu verlaufende, gleichmäßig beschleunigte Bewegung überlagert werden. Der Läufer (rote Kugel) kann zunächst frei mit der Maus im Fenster positioniert werden. So können klassische Beispiele von Bewegungsüberlagerungen wie die Überquerung eines Flusses, der schräge Wurf oder das Gehen auf einem Laufband untersucht werden.

Verschiedene Werkzeuge wie zuschaltbare Geschwindigkeitsvektoren oder eine Stroboskopdarstellung helfen, die Vorgänge zu analysieren. Im Falle paralleler Bewegungen veranschaulichen Diagramme die Addition von Wegen oder Geschwindigkeiten, bei Bewegungen senkrecht zu einander gibt das Seitenfenster Aufschluss über sonst nur schwer messbare Größen wie Momentangeschwindigkeit oder aktueller Winkel der Bewegung gegenüber der Waagerechten.

Neben den allgemeinen Schaltflächen stehen bei der Arbeit mit Simulationen im Medienfenster folgende Schaltflächen und Funktionen zur Verfügung:

Wiedergabe

Startet den Ablauf der Simulation mit den eingestellten Parametern.

Hält die Simulation an (Pause). Durch erneutes Anklicken kann die Simulation wieder in Gang gesetzt werden.

Stoppt die Simulation und kehrt zur letzten gewählten Einstellung zurück.

Unterbricht die laufende Simulation und setzt alle Einstellungen auf die Ausgangswerte zurück. Lediglich die Auswahl paralleler oder senkrechter Bewegungen bleibt erhalten.


Spezielle Schaltflächen

Mit gedrückt gehaltener linker Maustaste kann der Schieberegler verschoben und der zugehörige Parameter verändert werden.

Durch einfachen Klick kann eine der angegebenen Möglichkeiten ausgewählt werden.

Hier können durch Anklicken mehrere Einstellungen unabhängig voneinander aktiviert werden. Ein erneuter Klick deaktiviert das Auswahlfeld.
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Ein Klick öffnet/schließt das jeweilige Nebenfenster.


Allgemeine Schaltflächen

Stellt das Medienfenster im Vollbildmodus dar.

Setzt den Vollbildmodus zurück.

Schließt das Medienfenster.
Beim Schließen des Medienfensters werden alle Eingaben/Einstellungen gelöscht

Kopiert das Medienfenster in die Zwischenablage.

Fügt die Simulation der persönlichen Medienliste im Modul „Eigene Listen” hinzu.

Druckt das aktuelle Medienfenster. Für einen Ausdruck sollte die laufende Simulation angehalten werden.


Karteireiter

Öffnet die Simulation im Ausgangszustand.

Enthält Aufträge zur Arbeit mit der aufgerufenen Simulation.

Bietet fachliche Erklärungen und Hintergrundinformationen zur Physik der Simulation an.

Beinhaltet Bedienungsanweisungen für die Simulation.