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Aufgabe:

Rotation eines Körpers: Ein Dreieck ABC ist durch folgende Ortsvektoren in
der Einheit Meter angegeben:
r~A =(4, 2,6)
r~B =(-2,-1,1) 
r~C =(0, 0,8)
Das Dreieck führt eine gleichmäßige Rotationsbewegung mit der Winkelgeschwindigkeit ω = π/2 s^-1
in Uhrzeigerrichtung um die z-Achse aus.
a) Bestimmen Sie den Winkelgeschwindigkeitsvektor ω~.
b) Bestimmen Sie den mittleren Geschwindigkeitsvektor der drei Punkte, indem Sie deren einzelne Geschwindigkeitsvektoren berechnen und den Mittelwert bilden.
c) Bestimmen Sie die mittlere Absolutgeschwindigkeit der drei Punkte, welche
sich als Mittelwert der drei Einzelgeschwindigkeiten ergibt


Problem/Ansatz: ich kann mir diesen Dreieck nicht visualisieren. Wie kann ich den Radius bestimmen und die Aufgabe lösen. Das Dreieick dreht sich im Uhrzeigersinn, also zeigt der Winkelgeschwindigkeitsvektor nach unten.

V= r×w, Geschwindigkeit

Ich danke im voraus für die Unterstützung

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Aloha :)

(a) Die Rotation erfolgt um die \(z\)-Achse, also um \((0;0;1)^T\), mit der Winkelgeschwindigkeit \(\omega=\frac{\pi}{2}\) rad/s im Uhrzeigersinn, also im mathematisch negativen Sinn. Daher lautet der Vektor der Winkelgeschwindigkeit:$$\vec\omega=\begin{pmatrix}0\\0\\-\pi/2\end{pmatrix}$$

(b) Da die Rotation um die \(z\)-Achse erfolgt, sind die Geschwindigkeitsvektoren von \(A,B,C\) alle senkrecht zur \(z\)-Achse gerichtet. Konkret finden wir:$$\vec v_A=\vec\omega\times\vec r_A=\begin{pmatrix}0\\0\\-\pi/2\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}4\\2\\6\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}\pi\\-2\pi\\0\end{pmatrix}$$$$\vec v_B=\vec\omega\times\vec r_B=\begin{pmatrix}0\\0\\-\pi/2\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}-2\\-1\\1\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}-\pi/2\\\pi\\0\end{pmatrix}$$$$\vec v_C=\vec\omega\times\vec r_C=\begin{pmatrix}0\\0\\-\pi/2\end{pmatrix}\times\begin{pmatrix}0\\0\\8\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}0\\0\\0\end{pmatrix}$$

(c) Der Mittelwert dieser drei Einzelgeschwindigkeiten beträgt:$$\vec v=\frac{1}{3}\left(\vec v_A+\vec v_B+\vec v_C\right)=\frac{1}{3}\cdot\begin{pmatrix}\pi-\pi/2+0\\-2\pi+\pi+0\\0+0+0\end{pmatrix}=\frac{1}{3}\cdot\begin{pmatrix}\pi/2\\-\pi\\0\end{pmatrix}=\begin{pmatrix}\pi/6\\-\pi/3\\0\end{pmatrix}$$

Avatar von 152 k 🚀

Dankeschön

Sehr ausführlich erklärt und gerechnet

Ich habe noch vergessen, dass die Einheit der Geschwindigkeit am Ende natürlich \(m/s\) ist, denn die Winkelgeschwindigkeit in der Einheit \(s^{-1}\) wird ja mit einem Vektor in der Einheit \(m\) multipliziert.

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