Lösung zu Aufgabe 17 (Bewegungen)


Von der Spitze eines Turmes lässt man einen Stein fallen. Nach vier Sekunden sieht man ihn auf dem Boden aufschlagen. Bei normalem Luftdruck und 20°C soll nun die Höhe des Turms bestimmt werden. Weiterhin soll die Aufschlaggeschwindigkeit des Steins berechnet werden. Abschließend soll nachgewiesen werden, dass man den Aufprall 4,23 s nach Beginn des Falls hört.


Zunächst zur Höhe
Für den freien Fall gilt $s = \frac12 at^2$. Es folgt: \begin{align} s &= \frac12 \cdot 9,81 \frac{ \text{ m}}{\text{ s}^2} \cdot \left( 4 \text{ s} \right)^2 \\ s &= 78,48 \text{ m} \end{align} Die Aufschlaggeschwindigkeit
Es gilt $v = at$ \begin{align} v &= 9,81 \frac{ \text{ m}}{\text{ s}^2} \cdot 4 \text{ s} \\ v &= 39,24 \frac{ \text{ m}}{\text{ s}} \end{align} Damit man den Aufprall hört, muss der Schall die gesamte Strecke bis zur Turmspitze zurücklegen. Dies geschieht im Anschluss an den Aufprall. Also: \begin{align} s &= v_S \cdot t \\ t &= \frac{s}{v_S} \end{align} $s$ ist die Turmhöhe, und $v_S$ die Schallgeschwindigkeit. Bei den genannten Umweltbedingungen ist $v_S = 343 \frac{ \text{ m}}{\text{ s}}$. $$ t = \frac{78,48 \text{ m}}{343 \frac{ \text{ m}}{\text{ s}}} \\ \\ t = 0,23 \text{ s} $$ Damit ist nachgewiesen, dass der Aufprall 4,23 s nach dem Beginn des Falls zu hören ist.


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