Quadratische Funktionen - Bremsbeschleunigung: Unterschied zwischen den Versionen

Aus Medienvielfalt-Wiki
Wechseln zu: Navigation, Suche
K
(Änderung 7616 von Karlo Haberl (Diskussion) rückgängig gemacht.)
 
(43 dazwischenliegende Versionen von 8 Benutzern werden nicht angezeigt)
Zeile 1: Zeile 1:
−
<div style="margin:0; margin-right:4px; margin-left:0px; border:2px solid #f4f0e4; padding: 0em 0em 0em 1em; background-color:#f4f0e4;">
+
{{Quadratische Funktionen}}
−
[[Einführung_in_quadratische_Funktionen|Einführung]] - [[Quadratische_Funktionen_-_Bremsweg|Bremsweg]] - [[Quadratische_Funktionen_-_Bremsbeschleunigung|Unterschiedliche Straßenverhältnisse]] - [[Quadratische_Funktionen_-_Übungen1|Übungen (1)]] - [[Quadratische_Funktionen_-_Anhalteweg|Anhalteweg]] - [[Quadratische_Funktionen_-_Übungen2|Übungen (2)]] - [[Quadratische_Funktionen_-_allgemeine quadratische Funktion|Die allgemeine quadratische Funktion]] - [[Quadratische_Funktionen_-_Abschlusstest|Abschlusstest]]
+
−
</div>
+
  
  
Zeile 7: Zeile 5:
  
 
Bisher waren wir davon ausgegangen, dass die Länge des Bremsweges lediglich von der Geschwindigkeit abhängt. Das ist in der Realität natürlich nicht der Fall. Bei gleicher Geschwindigkeit hat ein alter LKW auf schneeglatter Fahrbahn selbstverständlich einen ungleich längeren Bremsweg als ein neuer Kleinwagen auf einer trockenen und sauberen Straße. Diese Einflüsse kommen in der sogenannten ''Bremsbeschleunigung'' zum Ausdruck.
 
Bisher waren wir davon ausgegangen, dass die Länge des Bremsweges lediglich von der Geschwindigkeit abhängt. Das ist in der Realität natürlich nicht der Fall. Bei gleicher Geschwindigkeit hat ein alter LKW auf schneeglatter Fahrbahn selbstverständlich einen ungleich längeren Bremsweg als ein neuer Kleinwagen auf einer trockenen und sauberen Straße. Diese Einflüsse kommen in der sogenannten ''Bremsbeschleunigung'' zum Ausdruck.
 +
 
Die Bremsbeschleunigung gibt an, wie stark ein Fahrzeug abgebremst wird: Eine hohe Bremsbeschleunigung spricht also für einen kurzen Bremsweg.  
 
Die Bremsbeschleunigung gibt an, wie stark ein Fahrzeug abgebremst wird: Eine hohe Bremsbeschleunigung spricht also für einen kurzen Bremsweg.  
  
Zeile 13: Zeile 12:
 
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
 
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;
 
<math>s=\frac{1}{2a_\mathrm{B}}\cdot v^2</math>  
 
<math>s=\frac{1}{2a_\mathrm{B}}\cdot v^2</math>  
−
&nbsp;&nbsp;&nbsp; (s = Bremsweg in m, v = Geschwindigkeit in m/s und a<sub>B</sub> = Bremsbeschleunigung in m/s²).  
+
&nbsp;&nbsp;&nbsp; (s = Bremsweg in m, v = Geschwindigkeit '''in m/s''' und a<sub>B</sub> = Bremsbeschleunigung in m/s²).
 +
 
 +
In dem folgenden GeoGebra-Applet kann der Bremsweg mit Hilfe der beiden Schieberegler oben links variiert werden.
 +
 
 +
''Hinweis:'' Der Einfachheit halber wurde der obige Zusammenhang so verändert, dass die Geschwindigkeit in km/h angegeben wird.
  
−
In dem folgenden GeoGebra-Applet kann der Bremsweg mit Hilfe der beiden Schieberegler oben links variiert werden.<br />
 
−
''Hinweis:'' Der Einfachkeit halber wurde der obige Zusammenhang so verändert, dass die Geschwindigkeit in km/h angegeben wird.
 
  
 
:::<ggb_applet height="400" width="800" filename="Strassenverhaeltnisse.ggb" />
 
:::<ggb_applet height="400" width="800" filename="Strassenverhaeltnisse.ggb" />
Zeile 27: Zeile 28:
 
NUMMER=1|
 
NUMMER=1|
 
ARBEIT=
 
ARBEIT=
−
Wie muss a<sub>B</sub> gewählt werden, damit ...<br />
+
Wie muss a<sub>B</sub> gewählt werden, damit ...
−
#...bei der Geschwindigkeit von 74 km/h der Bremsweg 65 m lang ist?<br />
+
#...bei der Geschwindigkeit von 74 km/h der Bremsweg 65 m lang ist?
−
#...bei der Geschwindigkeit von 74 km/h der Bremsweg 37 m lang ist?<br />
+
#...bei der Geschwindigkeit von 74 km/h der Bremsweg 37 m lang ist?
 
#...bei der Geschwindigkeit von 51 km/h der Bremsweg 58 m lang ist?
 
#...bei der Geschwindigkeit von 51 km/h der Bremsweg 58 m lang ist?
  
Zeile 57: Zeile 58:
 
Entnimm die erforderlichen Größen dem Video.  
 
Entnimm die erforderlichen Größen dem Video.  
  
−
''Tipp:'' Bestimme zunächst den Wert des Vorfaktors <math>\frac{1}{2a_\mathrm{B}}</math>.
 
−
 
  
 
:{{Lösung versteckt|1=
 
:{{Lösung versteckt|1=
  
−
Geschwindigkeit:<br>
+
Geschwindigkeit: v = 100 km/h = (100:3,6) m/s
−
v = 100 km/h = (100:3,6) m/s
+
  
−
Bremswege:<br>
+
Bremswege:<
−
s(60%) = 49 m <br>
+
:s(60%) = 49 m  
−
s(75%) = 47 m <br>
+
:s(75%) = 47 m  
−
s(100%) = 37 m <br>
+
:s(100%) = 37 m  
  
 
Mit Hilfe des Applets von oben erhält man dann:
 
Mit Hilfe des Applets von oben erhält man dann:
Zeile 76: Zeile 74:
  
 
andere Möglichkeit:  
 
andere Möglichkeit:  
−
Formel nach a<sub>B</sub> auflösen und die Werte einsetzen:
+
Formel nach a<sub>B</sub> auflösen  
 +
 
 +
:<math>a_\mathrm{B}=\frac{v^2}{2}\cdot \frac{1}{s}</math>
 +
 
 +
dann die Werte einsetzen
 +
 
 +
Achtung: Die Geschwindigkeit muss dazu in m/s umgerechnet werden!
 +
 
 +
v = 100 km/h = (100:3,6) m/s
 +
 
  
−
<math>a_\mathrm{B}=\frac{v^2}{2\cdots}}</math>
 
  
 
}}
 
}}
Zeile 89: Zeile 95:
  
  
−
Wenn wir die bisherigen Überlegungen verallgemeinern wollen, müssen wir unsere Gleichung für den Bremsweg genauer analysieren.  
+
Wenn wir die bisherigen Überlegungen verallgemeinern wollen, müssen wir unsere Gleichung für den Bremsweg genauer analysieren.
−
Zunächst stellen wir fest, dass es eine funktionale Abhängigkeit des Bremsweges von der Geschwindigkeit gibt; wir können unsere Formel als Funktionsgleichung schreiben:<br>
+
−
<math>s(v)=\frac{1}{2a_\mathrm{B}}\cdot v^2</math>. Die rechte Seite der Funktionsgleichung besteht aus dem Vorfaktor <math>\frac{1}{2a_\mathrm{B}}</math> und dem Quadrat der Variablen.<br>
+
Zunächst stellen wir fest, dass es eine funktionale Abhängigkeit des Bremsweges von der Geschwindigkeit gibt; wir können unsere Formel als Funktionsgleichung schreiben:
 +
 
 +
<math>s(v)=\frac{1}{2a_\mathrm{B}}\cdot v^2</math>. Die rechte Seite der Funktionsgleichung besteht aus dem Vorfaktor <math>\frac{1}{2a_\mathrm{B}}</math> und dem Quadrat der Variablen.
 +
 
 
Besonders interessant ist dabei der Einfluss des Vorfaktors auf den Verlauf des Graphen:
 
Besonders interessant ist dabei der Einfluss des Vorfaktors auf den Verlauf des Graphen:
  
Zeile 107: Zeile 116:
 
}}
 
}}
 
}}
 
}}
−
 
−
 
  
 
=== Merksatz: (Rein-)Quadratische Funktionen ===
 
=== Merksatz: (Rein-)Quadratische Funktionen ===
  
 
{|border="0" cellspacing="0" cellpadding="4"
 
{|border="0" cellspacing="0" cellpadding="4"
−
|align = "left" width="450"|Die Funktionen, die wir bis jetzt betrachtet haben, weisen eine Gemeinsamkeit auf: Ihr Funktionsterm hat die Form ax². Sie zählen daher zu den '''quadratischen Funktionen'''. Die Graphen quadratischer Funktionen unterscheiden sich stark von den Graphen linearer Funktionen.
+
|align = "left" width="450"|Die Funktionen, die wir bis jetzt betrachtet haben, weisen eine Gemeinsamkeit auf: Ihr Funktionsterm hat die Form '''ax²'''. Sie zählen daher zu den '''quadratischen Funktionen'''. Die Graphen quadratischer Funktionen unterscheiden sich stark von den Graphen linearer Funktionen.
−
<br />
+
 
−
{{Merksatz|MERK= Die Graphen von Funktionen mit der Funktionsgleichung f(x)=ax² heißen '''Parabeln'''.
+
{{Merksatz|MERK= Die Graphen von Funktionen mit der Funktionsgleichung <math>f(x)=ax^2</math> heißen '''Parabeln'''.
  
−
Sie sind '''symmetrisch zur y-Achse.''' Der Punkt S(0;0) heißt '''Scheitel der Parabel''' und ist der tiefste Punkt.
+
Sie sind '''symmetrisch zur y-Achse.''' Der Punkt <math>S(0\!\,|\!\,0)</math> heißt '''Scheitel der Parabel''' und ist der tiefste Punkt.
  
−
Ist a = 1 heißt der Graph '''Normalparabel'''.
+
Ist <math>a = 1</math> heißt der Graph '''Normalparabel'''.
 
}}
 
}}
 
<br />
 
<br />
Zeile 128: Zeile 135:
 
ARBEIT=
 
ARBEIT=
 
Untersuche an dem Applet rechts nun systematisch den Einfluss von a auf den Verlauf des Graphen:
 
Untersuche an dem Applet rechts nun systematisch den Einfluss von a auf den Verlauf des Graphen:
−
Was passiert, wenn...<br />
+
Was passiert, wenn ...
−
# ...a größer als 1 ist?<br />
+
# ... a größer als 1 ist?
−
# ...a zwischen 0 und 1 liegt?<br />
+
# ... a zwischen 0 und 1 liegt?
−
# ...a negativ ist?<br />
+
# ... a negativ ist?
 
:Vergleiche mit dem Graphen der Funktion g mit g(x)=x².
 
:Vergleiche mit dem Graphen der Funktion g mit g(x)=x².
  
 
:{{Lösung versteckt|1=
 
:{{Lösung versteckt|1=
−
# Ist a>0, dann ist die Parabel enger als die Normalparabel.
+
# Ist a>0, dann ist die Parabel enger (gestreckt) als die Normalparabel.
−
# Für 0< a < 1 ist die Parabel weiter als die Normalparabel.
+
# Für 0< a < 1 ist die Parabel weiter (gestaucht) als die Normalparabel.
 
# Ist a negativ, so wird die Parabel an der x-Achse gespiegelt. Sie ist also nach unten geöffnet.
 
# Ist a negativ, so wird die Parabel an der x-Achse gespiegelt. Sie ist also nach unten geöffnet.
 
}}
 
}}
Zeile 144: Zeile 151:
  
 
<br>
 
<br>
−
Das Applet  zeigt den Graphen einer Funktion f mit f(x) = ax². Hierbei steht a für eine beliebige reelle Zahl (<span style="color: darkred">nicht mehr für die Bremsbeschleunigung!</span>).<br />
+
Das Applet  zeigt den Graphen einer Funktion f mit '''f(x) = ax²'''. Hierbei steht a für eine beliebige reelle Zahl (<span style="color: darkred">nicht mehr für die Bremsbeschleunigung!</span>).
 +
 
 
Mit Hilfe des Schiebereglers (unten links im Applet) kannst du den Wert für a variieren.
 
Mit Hilfe des Schiebereglers (unten links im Applet) kannst du den Wert für a variieren.
  
Zeile 150: Zeile 158:
  
  
−
 
−
 
−
 
−
<br />
 
  
 
----
 
----
 
{|border="0" cellspacing="0" cellpadding="4"
 
{|border="0" cellspacing="0" cellpadding="4"
 
|align = "left" width="120"|[[Bild:Maehnrot.jpg|100px]]
 
|align = "left" width="120"|[[Bild:Maehnrot.jpg|100px]]
−
|align = "left"|'''Als nächstes kannst du prüfen, ob du bis jetzt alles verstanden hast.'''<br />
+
|align = "left"|'''Als nächstes kannst du prüfen, ob du bis jetzt alles verstanden hast.'''
 +
 
[[Bild:Pfeil.gif]] &nbsp; [[Quadratische_Funktionen_-_Übungen1|'''Hier geht es weiter''']]'''.'''
 
[[Bild:Pfeil.gif]] &nbsp; [[Quadratische_Funktionen_-_Übungen1|'''Hier geht es weiter''']]'''.'''
  
 
|}
 
|}
−
 
−
----
 
−
&nbsp;
 
−
{{Autoren|[[Benutzer:Reinhard Schmidt|Reinhard Schmidt]], [[Benutzer:Christian Schmidt|Christian Schmidt]], [[Benutzer:Maria Eirich|Maria Eirich]], [[Benutzer:Andrea Schellmann|Andrea Schellmann]] und [[Benutzer:Gabi Jauck|Gabi Jauck]]}}
 

Aktuelle Version vom 22. November 2016, 18:03 Uhr

Einführung - Bremsweg - Unterschiedliche Straßenverhältnisse - Übungen 1 - Anhalteweg - Übungen 2 - Allgemeine quadratische Funktion - Übungen 3


Unterschiedliche Straßenverhältnisse

Bisher waren wir davon ausgegangen, dass die Länge des Bremsweges lediglich von der Geschwindigkeit abhängt. Das ist in der Realität natürlich nicht der Fall. Bei gleicher Geschwindigkeit hat ein alter LKW auf schneeglatter Fahrbahn selbstverständlich einen ungleich längeren Bremsweg als ein neuer Kleinwagen auf einer trockenen und sauberen Straße. Diese Einflüsse kommen in der sogenannten Bremsbeschleunigung zum Ausdruck.

Die Bremsbeschleunigung gibt an, wie stark ein Fahrzeug abgebremst wird: Eine hohe Bremsbeschleunigung spricht also für einen kurzen Bremsweg.

In einer Formel für den Bremsweg sollte also nicht nur die Geschwindigkeit, sondern auch die Bremsbeschleunigung berücksichtigt werden. In Lehrbüchern findet man die Formel:
              s=\frac{1}{2a_\mathrm{B}}\cdot v^2     (s = Bremsweg in m, v = Geschwindigkeit in m/s und aB = Bremsbeschleunigung in m/s²).

In dem folgenden GeoGebra-Applet kann der Bremsweg mit Hilfe der beiden Schieberegler oben links variiert werden.

Hinweis: Der Einfachheit halber wurde der obige Zusammenhang so verändert, dass die Geschwindigkeit in km/h angegeben wird.



 


  Aufgabe 1  Stift.gif

Wie muss aB gewählt werden, damit ...

  1. ...bei der Geschwindigkeit von 74 km/h der Bremsweg 65 m lang ist?
  2. ...bei der Geschwindigkeit von 74 km/h der Bremsweg 37 m lang ist?
  3. ...bei der Geschwindigkeit von 51 km/h der Bremsweg 58 m lang ist?

Nutze zur Lösung der Aufgabe das obere Applet. Um die Werte exakt einstellen zu können, klicke den Schieberegler an und verwende dann die Pfeiltasten.

  1. aB = 3,25 m/s2
  2. aB = 5,71 m/s2
  3. aB = 1,73 m/s2


In der Realität hängt der Wert der Bremsbeschleunigung aB von verschiedenen Faktoren ab. Im folgenden Video wird der Einfluss der Temperatur der Bremsen auf den Bremsweg untersucht. Der Pkw wird immer von einer Geschwindigkeit von 100 km/h bis zum Stillstand abgebremst und dabei der Bremsweg ermittelt.

  Aufgabe 2  Stift.gif

Welche Bremsverzögerung liegt vor bei

  1. 60%,
  2. 75%
  3. 100% der Betriebstemperatur der Bremsen?

Entnimm die erforderlichen Größen dem Video.


Geschwindigkeit: v = 100 km/h = (100:3,6) m/s

Bremswege:<

s(60%) = 49 m
s(75%) = 47 m
s(100%) = 37 m

Mit Hilfe des Applets von oben erhält man dann:

  1. aB = 7,87 m/s2
  2. aB = 8,21 m/s2
  3. aB = 10,43 m/s2

andere Möglichkeit: Formel nach aB auflösen

a_\mathrm{B}=\frac{v^2}{2}\cdot \frac{1}{s}

dann die Werte einsetzen

Achtung: Die Geschwindigkeit muss dazu in m/s umgerechnet werden!

v = 100 km/h = (100:3,6) m/s


Wenn wir die bisherigen Überlegungen verallgemeinern wollen, müssen wir unsere Gleichung für den Bremsweg genauer analysieren.

Zunächst stellen wir fest, dass es eine funktionale Abhängigkeit des Bremsweges von der Geschwindigkeit gibt; wir können unsere Formel als Funktionsgleichung schreiben:

s(v)=\frac{1}{2a_\mathrm{B}}\cdot v^2. Die rechte Seite der Funktionsgleichung besteht aus dem Vorfaktor \frac{1}{2a_\mathrm{B}} und dem Quadrat der Variablen.

Besonders interessant ist dabei der Einfluss des Vorfaktors auf den Verlauf des Graphen:


  Aufgabe 3  Stift.gif

Wie ändert sich der Verlauf des Graphen, wenn der Vorfaktor von v2, d.h. wenn \frac{1}{2a_\mathrm{B}} kleiner bzw. größer wird?

\frac{1}{2a_\mathrm{B}} wird kleiner, wenn aB größer wird. Wenn aB größer wird, verläuft der Graph flacher.

Entsprechend wird \frac{1}{2a_\mathrm{B}} größer, wenn aB kleiner wird. Wenn aB kleiner wird, verläuft der Graph steiler.


Merksatz: (Rein-)Quadratische Funktionen

Die Funktionen, die wir bis jetzt betrachtet haben, weisen eine Gemeinsamkeit auf: Ihr Funktionsterm hat die Form ax². Sie zählen daher zu den quadratischen Funktionen. Die Graphen quadratischer Funktionen unterscheiden sich stark von den Graphen linearer Funktionen.
Maehnrot.jpg
Merke:

Die Graphen von Funktionen mit der Funktionsgleichung f(x)=ax^2 heißen Parabeln.

Sie sind symmetrisch zur y-Achse. Der Punkt S(0\!\,|\!\,0) heißt Scheitel der Parabel und ist der tiefste Punkt.

Ist a = 1 heißt der Graph Normalparabel.



  Aufgabe 4  Stift.gif

Untersuche an dem Applet rechts nun systematisch den Einfluss von a auf den Verlauf des Graphen: Was passiert, wenn ...

  1. ... a größer als 1 ist?
  2. ... a zwischen 0 und 1 liegt?
  3. ... a negativ ist?
Vergleiche mit dem Graphen der Funktion g mit g(x)=x².
  1. Ist a>0, dann ist die Parabel enger (gestreckt) als die Normalparabel.
  2. Für 0< a < 1 ist die Parabel weiter (gestaucht) als die Normalparabel.
  3. Ist a negativ, so wird die Parabel an der x-Achse gespiegelt. Sie ist also nach unten geöffnet.


Das Applet zeigt den Graphen einer Funktion f mit f(x) = ax². Hierbei steht a für eine beliebige reelle Zahl (nicht mehr für die Bremsbeschleunigung!).

Mit Hilfe des Schiebereglers (unten links im Applet) kannst du den Wert für a variieren.


Maehnrot.jpg Als nächstes kannst du prüfen, ob du bis jetzt alles verstanden hast.

Pfeil.gif   Hier geht es weiter.

Von „http://medienvielfalt.zum.de/index.php?title=Quadratische_Funktionen_-_Bremsbeschleunigung&oldid=7617“