Eine Turnerin trainiert an einem Rhönrad ihre Kür. [br]Dafür muss sie mit dem Rhönrad acht vollständige Umdrehungen durchführen. [br]Das Rhönrad hat einen Durchmesser von 2,2m. [br]Da gleichzeitig andere Turner die Halle belegen, hat sie lediglich 18m Platz. Wie viele Umdrehungen kann sie durchführen bevor sie das Rhönrad wenden muss? [br][br](Das [b]Rhönrad[/b] ist ein Sportgerät, das aus zwei Reifen besteht, die durch sechs Sprossen – zwei einfache [br]Stangen (Spreizsprossen), zwei Griffsprossen und zwei Brettsprossen – miteinander verbunden sind.)[br][br]Wir nähern uns dieser Aufgabe über den Kreisumfang.
Wie ist der Umfang eines Kreises definiert?
Richtig, der Umfang eines Kreises ist über das Produkt aus der Kreiszahl pi und dem Radius mal 2 oder dem Durchmesser definiert. [br]2*pi*r = pi * d
Berechne nun zunächst den Umfang des Rhönrads.
2,2m * pi = 6,912m =[math]\frac{11}{5}\pi[/math]
Wie viele Umdrehungen sind nun bei einer Länge von 18m möglich? Nimm an, dass das Rhönrad in Nullstellung (Aufrechte Position der Turnerin startet).
n = [math]\frac{18}{\left(\frac{11}{5}\pi\right)}[/math] = 2,6044 [br]Nach circa 2,6 Umdrehungen muss die Turnerin das Rad wenden oder mindestens abbremsen.
Welchem Winkel entsprechen diese Umdrehungen aus Aufgabe 3?
alpha = 2,604 * 360° = 937,44°
In welcher Position befindet sich die Tunerin dann?
Bei einer ganzen Umdrehung um 360° legt ein Rad mit Radius r den weg 2pi*r zurück. Bei einer halben Umdrehung um 180° den Weg pi*r. Bei einer Achtelumdrehung um 45° den Weg 1/4 * pi * r (Merke pi = 3,141....).[br][br]Stelle im folgenden Applet den Durchmesser so ein, dass ein Einheitskreis entsteht. Rolle dann den Umfang ab.
Mit der Formel für den Umfang und dem Applet. Welchen Wert erwartet man für den Umfang am Einheitskreis für eine vollständige Umdrehung?
Richtig sind [math]2\pi[/math]. Dies folgt direkt aus der Definition des Umfangs.
Wir sehen, dass bei einem Kreis mit Radius 1 eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Winkel [math]\alpha[/math] und der zugehörigen Länge des Kreisbogens (des Umfangs) besteht. Daher kann die Größe eines Winkels in zwei verschiedenen Arten angegeben werden. [br][br][b]Wenn man die Winkelfunktionen als Funktionen auf den reellen Zahlen betrachten möchte, braucht man ein anderes Maß für den Winkel als das bekannte Gradmaß.[/b][br][br]1. im Gradmaß, dieses haben wir bisher verwendet. [br]2. Im Bogenmaß. Dieses wird durch die Länge des Kreisbogens bestimmt. Wir sagen beispielsweise der Winkel 360° hat die Bogenlänge 2pi. [br][br]Unten ist ein Einheitskreis dargestellt. Die Länge des Bogens ist deswegen nur noch von der Größe des Winkels α abhängig.[br][br]Der Punkt P lässt sich bewegen.
Bearbeite nun mithilfe des Taschenrechners (TR) und dem Applet oberhalb das Arbeitsblatt zum Bogenmaß.[br][br]Beachte: Zur Eingabe von Bogenmaß im TR muss die Standardeinstellung der Winkeleinheit umgestellt werden.
Rechne den Winkel den die Rhönradturnerin zurückgelegt hat nun in Bogenmaß um.
x = [math]x=\alpha\ast\frac{2\pi}{360°}=937,44°\cdot\frac{2\pi}{360°}=16,3614[/math]