Aufgabe 1879
Standardisierte kompetenzorientierte schriftliche Reifeprüfung Mathematik
Quelle: AHS Matura vom 12. Jänner 2022 - Teil-1-Aufgaben - 2. Aufgabe
Angabe mit freundlicher Genehmigung vom Bundesministerium für Bildung; Lösungsweg: Maths2Mind
Bremsvorgang
Ein PKW fährt mit einer Geschwindigkeit von 30 m/s und soll mit einer Bremsung zum Stillstand gebracht werden. Seine Geschwindigkeit nimmt dabei pro Sekunde um b m/s ab. Mit t wird die Zeitdauer vom Beginn des Bremsvorgangs bis zum Stillstand des PKWs bezeichnet (t in s).
Aufgabenstellung [0 / 1 P.] – Bearbeitungszeit < 5 Minuten
Stellen Sie eine Gleichung auf, die den Zusammenhang zwischen t und b beschreibt.
Lösungsweg
Wir interpretieren die Angabe wie folgt:
- Bevor die Bremsung eingeleitet wird, fährt der PKW mit 30m/s: \({v_1} = 30\dfrac{m}{s}\)
- Die Bremsung, das ist grundsätzlich eine negative Beschleunigung und muss daher die Einheit \(\left[ b \right] = \dfrac{m}{{{s^2}}}\) haben, erfolgt linear, weil die Verzögerung während des Bremsvorgangs konstant \(b\dfrac{m}{{{s^2}}}\) beträgt.
- Nach t Sekunden, während denen gebremst wird, steht der PKW: \({v_2} = 0\dfrac{m}{2}\)
Es muss daher gelten:
\(\begin{array}{l} {v_1} - b \cdot t = {v_2}\\ 30 - b \cdot t = 0\\ \\ \dfrac{m}{s} - \dfrac{m}{{{s^2}}} \cdot s = \dfrac{m}{s} \end{array}\)
Wir haben den Zusammenhang auch noch anhand der Einheiten kontrolliert und jawohl, es wird nur mit Geschwindigkeiten gerechnet.
Anmerkung: In der gesuchten Gleichung stehen lauter Geschwindigkeiten, denn v1 und v2 sind Geschwindigkeiten, aber auch eine Beschleunigung mal einer Zeit ist eine Geschwindigkeit, denn die Beschleunigung ist die Änderung der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit: \(a = \dfrac{v}{t} \to v = a \cdot t\)
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Ergebnis
Die richtige Lösung lautet:
\(30 - b \cdot t = 0\)
Lösungsschlüssel:
Ein Punkt für das richtige Aufstellen der Gleichung.