PH3 -Waagerechter Wurf / Horizontaler Wurf [Erklärungen, Beispiele, Aufgaben]

Zu unseren Spartarifen
Zu unseren Angeboten
Inhaltsverzeichnis:

Bei dem waagerechten Wurf (auch: horizontaler Wurf) handelt es sich um eine zusammengesetzte Bewegung. Der Körper wird horizontal abgeworfen und führt in horizontaler Richtung eine gleichförmige Bewegung aus. Infolge der Erdanziehungskraft findet in vertikaler Richtung eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung statt, die den Körper in Richtung Erdboden bewegt. Ein waagerechter Wurf beschreibt damit eine Parabel.

In dieser Lerneinheit betrachten wir das Thema: Waagerechter Wurf. Wir zeigen dir alle relevanten Formeln und Diagramme sowie ein ausführliches Berechnungsbeispiel.

Für ein optimales Verständnis hilft dir ein ausführliches Beispiel zu dem Thema.

Dieses Thema ist ein Auszug aus unserem Onlinekurs: PH3-Kinematik

 

Waagerechter Wurf – Definition

Ein waagerechter Wurf ist der Bewegungsvorgang eines Körpers, der horizontal geworfen wird und sich dann unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegt. Die Bahnkurve, die sich ergibt ist eine Wurfparabel mit dem Abwurfort als Scheitel.

Waagerechter Wurf, Horizontaler Wurf
Baseball – Waagerechter Wurf am Beispiel

 

Nachdem wir uns die Bewegung in nur eine Koordinatenrichtung angeschaut haben, wollen wir uns als nächstes die Bewegung eines Körpers in der Ebene anschauen. Dies ist ein waagerechter Wurf.

Die Angaben über Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung sind nun von zwei Koordinaten abhängig. Führen wir das x,y-Koordinatensystem ein, so bewegt sich der Körper ab jetzt nicht mehr nur in x-Richtung, sondern ebenfalls in y-Richtung.

Ebene Bewegung, Billard, Bewegung in der Ebene, Koordinaten, Bewegung von Körpern
Ebene Bewegung – Bestimmung der Position einer Billardkugel

 

Eine ebene Bewegung kannst du dir vorstellen, wenn du von oben auf einen Billardtisch schaust. Um die Position einer Kugel angeben zu können, musst du sowohl die Schritte in x-Richtung als auch die Schritte in y-Richtung angegeben. 

Weitere ebene Bewegungen sind der waagerechte und der senkrechte Wurf, welche für dich prüfungsrelevant sind. In dieser Lerneinheit betrachten wir den waagerechten Wurf und in der folgenden Lerneinheit den senkrechten Wurf.

 

Waagerechter Wurf – Beispiele im Alltag

Ein waagerechter Wurf tritt auch im Alltag vielseitig auf, wie nachfolgende Beispiele belegen:

  • Werfen eines Balls: Wenn du einen Ball waagerecht wirfst, ohne dabei eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung zu verleihen, folgt der Ball einer waagerechten Bahn. Ein Beispiel dafür ist das Werfen eines Fußballs oder eines Baseballs.

  • Abschuss eines Modellflugzeugs: Beim Start eines Modellflugzeugs erfolgt der Abschuss normalerweise horizontal, um es in die Luft zu bringen. Das Modellflugzeug folgt dann einer waagerechten Flugbahn.

  • Anstoß beim Billard: Beim Billard wird die Kugel häufig waagerecht angestoßen, um sie in eine bestimmte Richtung zu bewegen. Dieser Stoß erzeugt eine waagerechte Bewegung der Kugel.

  • Abschuss eines Pfeils: Wenn du einen Pfeil mit einem Bogen abschießt, wird er in einer waagerechten Bahn fliegen, wenn der Winkel des Abschusses entsprechend eingestellt ist und keine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung beabsichtigt ist.

Diese Beispiele zeigen Situationen im Alltag, bei denen ein Objekt horizontal abgeschossen oder geworfen wird, um eine waagerechte Bewegung zu erzeugen. 

 

Waagerechter Wurf – Diagramm

Waagerechter Wurf, horizontaler Wurf, Gleichungen, Formeln, Wurfparabel, Geschwindigkeit, Höhe, Abwurfhöhe, Wurfweite
Formeln und Parabel – Waagerechter Wurf

 

Nachdem du die gleichförmige Bewegung (konstante Geschwindigkeit) und die gleichmäßig beschleunigte Bewegung (konstante Beschleunigung) kennengelernt hast, können wir uns den waagerechten Wurf anschauen. Hierbei handelt es sich um eine Bewegung in der Ebene. Die y-Achse stellt die Flughöhe dar, die x-Achse die Flugweite.

Merk’s dir!

Beim waagerechten Wurf erfolgt eine gleichförmige Bewegung (konstante Geschwindigkeit) in x-Richtung und eine gleichmäßig beschleunigte Bewegung (konstante Beschleunigung) infolge der Erdanziehung in y-Richtung.

 

Betrachten wir den waagerechten Wurf mal etwas genauer:

  • Die Bewegung in x-Richtung erfolgt durch den horizontalen Abwurf des Körpers (in x-Richtung), die Bewegung in y-Richtung erfolgt durch die Erdanziehung des Körpers senkrecht nach unten mit der Fallbeschleunigung g = 9,81 m/s² (freier Fall). Die Flugbahn beim waagerechten Wurf ist eine Parabel.
  • Die Anfangsgeschwindigkeit v_0 (auch: Abwurfgeschwindigkeit) beim waagerechten Wurf ist gleich der Geschwindigkeit v_x in x-Richtung, da angenommen wird, dass der Abwurf des Körpers (zum Beispiel eines Balls) waagerecht erfolgt, also in x-Richtung.
  • Für die Bewegung in x-Richtung verwenden wir demnach die Gleichungen der gleichförmigen Bewegung und für die Bewegung in y-Richtung die Gleichungen des freien Falls und müssen diese miteinander verknüpfen.

 

Waagerechter Wurf – Formeln

Als nächstes wollen wir uns die Gleichungen anschauen, die du für die Berechnungen benötigst, wenn ein waagerechter Wurf gegeben ist.

 

Waagerechter Wurf –  Bewegungen

(1)   s_x = v_x \cdot t       Bewegung in x-Richtung (gleichförmige Bewegung)

Wie weit der Ball in x-Richtung fliegt, zeigt die obige Gleichung in Abhängigkeit von der Zeit t. Hierbei ist v_x = v_0 die waagerechte Abwurfgeschwindigkeit v_0 und damit gleichzeitig die Geschwindigkeit in x-Richtung v_x. Da es sich hier um eine gleichförmig beschleunigte Bewegung handelt, ist die Geschwindigkeit v_x  in x-Richtung konstant.

 

 (2)   s_y = \frac{1}{2} \cdot g \cdot t^2          Bewegung in y-Richtung (freier Fall)

Betrachten wir nur die Bewegung in y-Richtung, so handelt es sich hier um den freien Fall mit der Fallbeschleunigung g = 9,81 m/s². Wir wollen als nächstes die Bewegung in x-Richtung und die Bewegung in y-Richtung miteinander verknüpfen.

Dazu betrachten wir beide Formeln:

(1) s_x = v_x \cdot t

(2) s_y = \frac{1}{2} \cdot g \cdot t^2

 

Zunächst lösen wir die Gleichung (2) nach t^2 auf:

t^2 = \frac{2 \cdot s_y}{g}

 

Um t alleine stehen zu haben, ziehen wir auf beiden Seiten die Wurzel und erhalten somit die Zeit in Abhängigkeit von der Bewegung in y-Richtung:

(3) t = \sqrt{\frac{2 \cdot s_y}{g}}

 

Wurfweg, Wurfbahn und Wurfzeit

Als nächstes setzen wir (3) in die Gleichung (1) ein:

s_x = v_x \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot s_y}{g}}          Wurfweg

 

Und schon haben wir den Weg s_x in x-Richtung vom Weg s_y in y-Richtung abhängig gemacht. Diese Gleichung gibt den Weg des Körpers in x-Richtung an.

 

Lösen wir die Gleichung nach s_y auf, so haben wir den Weg in y-Richtung in Abhängigkeit vom Weg in x-Richtung gegeben:

s_y = \frac{g}{2 \cdot v_x^2} \cdot s_x^2           Wurfbahn

 

Diese Gleichung gibt die Wurfbahn des Körpers an und ist eine Parabel. Für die Bestimmung der Zeit verwenden wir die Fallzeit, da die Zeit, die der Körper fällt, mit der Wurfzeit übereinstimmen muss:

t_F = \sqrt{\frac{2 \cdot h_0}{g}}                Wurfzeit

 

Waagerechter Wurf – Geschwindigkeiten

Die Geschwindigkeit v_x in x-Richtung ist beim waagerechten Wurf konstant und gleich der Anfangsgeschwindigkeit, da der Wurf in x-Richtung durchgeführt wird

v_x = v_0        Geschwindigkeit in x-Richtung

 

Die Geschwindigkeit v_y in y-Richtung nimmt aufgrund der Fallbeschleunigung linear zu:

v_y = g \cdot t

 

Die momentane Geschwindigkeit in Flugrichtung wird mit Hilfe des Satz des Pythagoras aus den Geschwindigkeitskomponenten bestimmt.

v = \sqrt{v_x^2 + v_y^2}

 

Zusammenfassung der Formeln

Wir fassen die für die relevanten Gleichungen beim waagerechten Wurf in der folgenden Tabelle zusammen, damit du die Gleichungen immer im Blick hast:

s_x = v_x \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot s_y}{g}}  Wurfweg
s_y = \frac{g}{2 \cdot v_x^2} \cdot s_x^2 Wurfbahn / Wurfparabel
t_F = \sqrt{\frac{2 \cdot h_0}{g}}  Zeit
v_0 = v_x = const. Geschwindigkeit in x-Richtung
v_y = g \cdot t Geschwindigkeit in y-Richtung
v = \sqrt{v_x^2 + v_y^2} resultierende Geschwindigkeit

 

Mithilfe der obigen Gleichungen können wir nun beginnen, die nachfolgende Aufgabe zu lösen.

Beispiel: Waagerechter Wurf 

Aufgabenstellung

Beispiel: waagerechter Wurf
Beispiel: waagerechter Wurf

 

Eine Kugel mit der Masse von m = 2 kg wird in waagerechte Richtung mit einer Anfangsgeschwindigkeit von v_0 = 4 m/s geworfen. Die Abwurfhöhe beträgt 15m.

a) Wie weit fliegt die Kugel und wie lange dauert der Flug?

b) Mit welcher Geschwindigkeit trifft die Kugel auf den Boden auf?

 

Flugweite und Flugdauer

Da wir hier einen waagerechten Wurf betrachten, der Körper also in x-Richtung abgeworfen wird, ist die Anfangsgeschwindigkeit v_0 gleich der Geschwindigkeit in x-Richtung:

v_x = 4 m/s

 

Die Masse des Körpers ist hier nicht relevant (siehe Freier Fall). Die Kugel wird aus einer Höhe von h_0 = 15m abgeworfen. Der gesamte Weg in y-Richtung beträgt somit 15m.

 

Die Flugweite ist nichts anderes als der Wurfweg:

s_x = v_x \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot s_y}{g}}

 

Zur Berechnung der gesamtem Flugweite bzw. des gesamten Wurfwegs s_{x,max} ( = gesamter zurückgelegter Weg) benötigen wir den gesamten zurückgelegten Weg in y-Richtung. Der gesamte Weg in y-Richtung ist nichts anderes als die Höhe h_0, aus welcher die Kugel fallen gelassen wird.

Gesamter Wurfweg / Flugweite

s_{x,max} = v_x \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot h_0}{g}}

 

Als nächstes setzen wir alle Werte in die obige Gleichung ein:

s_{x,max} = 4 m/s \cdot \sqrt{\frac{2 \cdot 15m}{9,81 m/s^2}} = 7 m

 

Die Kugel weist eine Flugweite von 7m auf.

 

Flugzeit

Wir wollen noch wissen, wie lange die Kugel fliegt, bis diese auf dem Boden landet. Dazu können wir eine der folgenden Gleichungen heranziehen.

Flugzeit / Wurfzeit

t_F = \sqrt{\frac{2 \cdot s_{max}}{g}}

 

Einsetzen der gegebenen Werte in die obige Gleichung führt zu:

t_F  = \sqrt{\frac{2 \cdot 15m}{9,81 m/s^2}} = 1,75s

 

Die Kugel fliegt insgesamt 1,75s bis diese auf den Boden auftrifft.

 

Aufprallgeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit setzt sich beim waagerechten Wurf aus der konstanten Geschwindigkeit v_x in x-Richtung und der zunehmenden Geschwindigkeit v_y (infolge der Erdanziehung) in y-Richtung zusammen. Die Abwurfgeschwindigkeit (bzw. Anfangsgeschwindigkeit) v_0 ist gleich der Geschwindigkeit in x-Richtung. Diese Geschwindigkeit ist konstant, also auch unmittelbar beim Aufprall in x-Richtung gegeben:

v_x = 4 m/s

 

Die Geschwindigkeit in y-Richtung nimmt linear zu, infolge der Fallbeschleunigung und ist damit abhängig von der Zeit t, welche die Kugel fällt:

v_y = g \cdot t

 

Da wir die Aufprallgeschwindigkeit suchen, also die Geschwindigkeit kurz vor dem Aufprall der Kugel auf den Boden, müssen wir für die Zeit t die gesamte Fallzeit t_F = 1,75s einsetzen:

v_y = 9,81 m/s^2 \cdot 1,75s = 17,17 m/s

 

Wir haben nun die beiden Geschwindigkeiten gegeben und können somit die Aufprallgeschwindigkeit mittels Satz des Pythagoras wie folgt berechnen:

v = \sqrt{v_x^2 + v_y^2} = \sqrt{(4 m/s)^2 + (17,17 m/s)^2} = 17,63 m/s

 

Die Kugel schlägt mit einer Geschwindigkeit von 17,63 m/s auf dem Boden auf.

 

Waagerechter Wurf – Ausnahmen / Störfaktoren

Hier sind einige solcher Ausnahmen:

  • Wurf auf geneigter Ebene: Wenn ein Objekt auf einer geneigten Ebene waagerecht geworfen wird, kann es eine Bewegung entlang der geneigten Oberfläche ausführen. Die Komponente der Geschwindigkeit, die entlang der geneigten Ebene gerichtet ist, wird die Bewegung beeinflussen und sie von einer rein horizontalen Bahn abweichen lassen.

  • Luftwiderstand: Bei höheren Geschwindigkeiten und bei Objekten mit großer Oberfläche kann der Luftwiderstand eine Rolle spielen und die Bewegung beeinflussen. Der Luftwiderstand kann dazu führen, dass ein scheinbar waagerecht geworfenes Objekt eine aufwärts oder abwärts gerichtete Komponente der Bewegung erhält.

  • Einfluss anderer Kräfte: In einigen Fällen können andere Kräfte, wie z. B. magnetische oder elektrostatische Kräfte, auf ein Objekt wirken und seine Bewegung beeinflussen. Diese Kräfte können eine Komponente der Bewegung hinzufügen oder sie von der rein horizontalen Bahn abweichen lassen.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Ausnahmen spezielle Fälle in Bereich waagerechter Wurf darstellen, in denen bestimmte Kräfte oder Bedingungen die Bewegung beeinflussen. In den meisten alltäglichen Situationen ist ein waagerechter Wurf jedoch eine geeignete Annäherung, um die Bewegung von Objekten zu beschreiben, die ohne eine vertikale Komponente der Geschwindigkeit abgeschossen oder geworfen werden.

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem du jetzt das Thema Waagerechter Wurf kennengelernt hast, folgt in der folgenden Lerneinheit die Betrachtung des schrägen Wurfs.

Was gibt es noch bei uns?

Optimaler Lernerfolg durch tausende Übungsaufgaben

 

Übungsbereich (Demo) - Lerne mit mehr als 4000 Übungsaufgaben für deine Prüfungen

Quizfrage 1

 

“Wusstest du, dass unter jedem Kursabschnitt eine Vielzahl von verschiedenen interaktiven Übungsaufgaben bereitsteht, mit denen du deinen aktuellen Wissensstand überprüfen kannst?”  

Alle Technikerschulen im Überblick

Zum Verzeichnis der Technikerschulen (Alles Rund um die Schulen)
Zum Verzeichnis der Technikerschulen

 

Kennst du eigentlich schon unser großes Technikerschulen-Verzeichnis für alle Bundesländer mit allen wichtigen Informationen (Studiengänge, Kosten, Anschrift, Routenplaner, Social-Media) ? Nein? – Dann schau einfach mal hinein:   

Was ist Technikermathe?

Unser Dozent Jan erklärt es dir in nur 2 Minuten!

Oder direkt den > kostenlosen Probekurs < durchstöbern? – Hier findest du Auszüge aus Alle Onlinekurse Technikermathe!

Geballtes Wissen in derzeit 26 Kursen

Hat dir dieses Thema gefallen?Ja? – Dann schaue dir auch gleich die anderen Themen zu den Kursen 

WT3 (Werkstoffprüfung) und
TM1 (Technische Mechanik – Statik) an. 

Lerne nun erfolgreich mit unserem Onlinekurs Technische Mechanik 1
TM1 (Technische Mechanik)
Lerne nun erfolgreich mit unserem Onlinekurs Werkstofftechnik 3
WT3 (Werkstoffprüfung)

 

Perfekte Prüfungsvorbereitung für nur 14,90 EUR/Jahr pro Kurs

++ Günstiger geht’s nicht!! ++

 

 

Oder direkt Mitglied werden und Alle unsere Onlinekurse (inkl.  Webinare  + Unterlagen) sichern ab 7,40 EUR/Monat  ++ Besser geht’s nicht!! ++  

 

Social Media? - Sind wir dabei!

Kennst du eigentlich schon unseren YouTube-Channel? – Nein? – Dann schau super gerne vorbei:

Technikermathe auf Youtube 

Mehr Videos zu allen Themen des Ingenieurwesens auf Youtube

  Immer auf dem neuesten Stand sein? – Ja? – Dann besuche uns doch auch auf

Technikermathe auf Instagram 

Sei immer auf dem neuesten Stand und besuche uns auf Instagram

Technikermathe auf Facebook

Sei immer auf dem neuesten Stand und besuche uns auf Facebook

Dein Technikermathe.de-Team

Zu unseren Kursen
Zu unseren Kursen