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ich stehe mal wieder Ordentlich auf den Schlauch. Ich habe nun endlich die Differenzial- sowie Integralrechnung
in den Grundzügen verstanden. Nun habe ich diesbezüglich noch eine Frage zur Anwendung.

Was, bzw. ab welcher Fragestellung oder Problem kann ich das Integral einer bestimmten Funktion gebrauchen?

Beispiel: s(t)=0.5*9.81*t^2 ist ja die Formel für die gleichmäßig beschleunigte Bewegung. Wenn ich nun hier z.B das Integral von 0 bis 1 ausrechne bekomme ich den Wert ~ 1.67 .. das was sagt dieser mir nun? Die Y-Achse zweigt ja die Strecke in Meter auf, die X-Achse die Zeit in Sekunden. Welche Einheit hat nun die Zahl? m/s? Sagt dieser Wert überhaupt was aus?

Ich bin verwirrt und mir fehlt sehr viel Erfahrung (ich arbeite mich Privat in dieses Thema ein).

Gibt es irgendwelche Leitfäden an denen man sich halten kann was die Anwendung der Integralrechnung angeht? Irgendwelche Verhaltensweisen?

Also kurz um: ein Sinnvolles Anwenden?

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3 Antworten

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Das Integral hat nicht immer eine sinnvolle Bedeutung. In diesem Sachkontext fällt mir keine vernünftige Bedeutung ein.

∫(0.5·9.81·t^2, t, 0, 1) = 1.635 m·s

Avatar von 487 k 🚀
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Viele physikalische Gesetze sind simple Proportionalitaeten. Z.B. Weg = Geschwindigkeit · Zeit, \(s=v\cdot t\), oder Arbeit = Kraft · Weg, \(W=F\cdot s\). Das funktioniert aber nicht mehr so recht, wenn der "Proportionalitaetsfaktor" (in den Beispielen \(v\) bzw. \(F\)) gar keine Konstante ist, sondern von der zweiten Groesse (\(t\) bzw. \(s\)) abhaengt. Dann kann man sich immer noch auf das Prinzip "Im Kleinen ist alles linear" berufen und z.B. sagen: Fuer kleinste Zeitintervalle \(dt\) und die in ihnen zurueckgelegten Strecken \(ds\) gilt die urspruengliche Proportionalitaet trotzdem, \(ds=v(t)\,dt\) (aber natuerlich für jeden Zeitpunkt \(t\) eine andere). Num muss man bloss noch diese vielen Kleinststrecken \(ds\) im gewuenschten Gesamtzeitintervall \([t_1,t_2]\) zum Endergebnis "aufsummieren", also integrieren: $$s=\int_{t_1}^{t_2}ds=\int_{t_1}^{t_2}v(t)\,dt.$$ Daran sieht man auch, wie der Integralwert seine Dimension bekommt; es ist das Produkt der Dimension des Integranden und der Dimension der Groessen im Integrationsintervall.

Das andere Beispiel (Verrichtete Arbeit beim Ziehen an einer Feder etwa) koenntest Du mal selber probieren.

Bei Deinen Beispiel kommt nichts Sinvolles raus, denn das Produkt aus Weg und Zeit hat keine physikalische Bedeutung.

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Physikalisch gesehen integrierst  du einmal zu viel.

Bei einer gleichförmig beschleunigten Bewegung ist
a = const
beim freien Fall
g = const

g ist die 1.Ableitung der Geschwindigkeit
Stammfunktion
v ( t ) = ∫ g dt
v  ( t ) = g * t

Die Geschwindigkeit ist die 1.Ableitung der Strecke
s ( t ) = ∫ v dt = ∫ g * t dt
s ( t ) = g * t^2 / 2
s ( t ) = 1 / 2 * g *t^2

Weiteres Aufleiten ergibt physikalisch keinen Sinn

Üblicherweise wird meist der umgekehrte
Weg gegangen.
Im Experiment werden Fallzeiten und Fallweg
gemessen und ein Graph erstellt.
Dann kann man graphisch ableiten.
s ´( t ) = v ( t )  ( ergibt eine Gerade )
Die Steigung der Geraden ist g
g = const
v ( t ) = g * t
s ( t ) = 1/2 * g * t^2

Avatar von 123 k 🚀

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