Ein Ball wird in den Wind geworfen

Ein Ball der Masse $m$ wird geworfen und erfährt einen Reibungswiderstand durch die Bewegung durch ein Gas oder eine Flüssigkeit. Die Kräfte, die auf den Ball wirken sind die Schwerkraft $-mg\hat{z}$ und die Reibungskraft. Weht ein Wind, kann dieser beschrieben werden durch,

$\large \vec{F}_{fric} = -a(\vec{v}-\vec{v}_{\text{wind}}) - b(\vec{v}-\vec{v}_{\text{wind}})|(\vec{v}-\vec{v}_{\text{wind}})|,$

mit $a$ und $b$ Konstanten und $\vec{v}_{\text{wind}}$ der Windgeschwindgkeit, die von Ort und Zeit abhängig sein kann. Für niedrige Reynolds-Zahl, dominiert der lineare Term $-a(\vec{v}-\vec{v}_{\text{wind}})$ meistens, für eine hohe Reynolds-Zahl hingegen, dominiert der quadratische Term $- b(\vec{v}-\vec{v}_{\text{wind}})|(\vec{v}-\vec{v}_{\text{wind}})|$.

$m=$  kg $a=$  N s/m $b=$  N s²/m²

Die drei Komponenten des Windvektors können Funktionen des Ortes und der Zeit sein.
$v_{\text{wind},x}=$  m/s $v_{\text{wind},y}=$  m/s $v_{\text{wind},z}=$  m/s

Die Anfangsbedingungen zur Zeit $t=0$ sind,
$x=$  m  $y=$  m  $z=$  m  $v_x=$  m/s  $v_y=$  m/s  $v_z=$  m/s

 Lösen der Differentialgleichungen dreidimensionaler Bewegungen  

$ F_x=$

 [N]

$ F_y=$

 [N]

$ F_z=$

 [N]

$ m=$

 [kg]
Anfangsbedingungen:

$t_0=$

 [s]

$\Delta t=$

 [s]

$x(t_0)=$

 [m]

$N_{steps}$

$v_x(t_0)=$

 [m/s]

Plot:

vs.

$y(t_0)=$

 [m]

$v_y(t_0)=$

 [m/s]

$z(t_0)=$

 [m]

$v_z(t_0)=$

 [m/s]

 


the animation to zoom or rotate.

 $t$ [s] $x$ [m] $y$ [m] $z$ [m] $v_x$ [m/s] $v_y$ [m/s] $v_z$ [m/s] $F_x$ [N] $F_y$ [N] $F_z$ [N] $P$ [W] $E_{\text{kin}}$ [J] $W$ [J]