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Aufgabenstellung:

Beim Fall in Luft ist der Luftwiderstand proportional zum Quadrat der Fallgeschwindigkeit

  1. Wie lautet die Bewegungsgleichung für einen Körper der Masse
  2. Welche Grenzgeschwindigkeit erreicht der Körper?
  3. Ermitteln Sie den zeitlichen Verlauf der Geschwindigkeit, wenn der Körper aus der Ruhe losgelassen wird.

Gegeben:

Lösungsweg:

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a) Bewegungsgleichung

Abbildung

Am fallenden Körper greift die Gewichtskraft und die Widerstandskraft an, die entgegengesetzt zur Bewegung wirkt. Wird die positive Achsrichtung nach unten gewählt, so lautet die Bewegungsgleichung:

b) Grenzgeschwindigkeit

Wenn der Körper die Grenzgeschwindigkeit erreicht hat, ist seine Beschleunigung null:

Daraus folgt für :

Zahlenwerte:

c) Zeitlicher Verlauf der Geschwindigkeit

Aus der Bewegungsgleichung folgt

Die Beschleunigung ist geschwindigkeitsabhängig. Wird die Zeit ab dem Beginn des Falls gemessen, so ist und Dann gilt für die Zeit :

Auflösen nach ergibt:

Abbildung

Lösung: