Bestimmung der Anfangsgeschwindigkeit eines geworfenen Objekts (MIT Luftwiderstand)

Ich habe folgendes Problem: Ich möchte die Anfangsgeschwindigkeit eines Objekts bestimmen, das zB aus einem sich bewegenden Flugzeug fällt. Ich kenne die Position, von der aus das Objekt fallen gelassen wurde, und ich weiß, wo das Objekt gelandet ist. Nehmen wir an, die Ausgangsposition ist X = 0 Und j = 300 . Das Objekt schlägt auf dem Boden auf X = 700 Und j = 0 . Wie groß ist die Anfangsgeschwindigkeit v X 0 ?

Da ich den Luftwiderstand berücksichtigen muss , kenne ich auch die Masse des Objekts: 2 k G und es ist rund, also kann ich es benutzen C w = 0,45 und der Durchmesser meiner Kugel ist A = 0,30 M 2 und die Lufttemperatur ist überall 20 °C, also ist die Luftdichte: ρ = 1.2041 k G M ³ ergebend F M = 0,0813 v ²

Ich finde viele Lösungen, die den Luftwiderstand ignorieren. Das ist einfach, aber ich würde dieses Problem wirklich gerne mit dem Luftwiderstand lösen.

Mit der Euler-Methode kann ich berechnen, wo dieses Objekt landen wird, wenn ich die Anfangsgeschwindigkeit kenne, jetzt möchte ich dieses "rückwärts" lösen. Wie kann ich das Problem mathematisch formulieren, damit ich das lösen kann v X 0 ?

Ich freue mich über jede Hilfe!

Bearbeiten: Wie gewünscht, mein Programm, das das Problem für unbekannten Aufprall löst, aber mit bekannter Anfangsgeschwindigkeit und Anfangsposition:

k M A S S = 1 2 C w A ρ M

Δ T ist eine kleine Schrittweite

while(y > 0) {

v X N e w = k M A S S v X 2 + v j 2 v X Δ T

v j N e w = ( k M A S S v X 2 + v j 2 v j G ) Δ T

X N e w = X + v X + v X N e w 2 Δ T

j N e w = j + v j + v v j N e w 2 Δ T

v X = v X N e w ; v j = v j N e w ; X = X N e w ; j = j N e w ;

}
Lassen Sie uns Ihre Formeln sehen, um dies rückwärts zu lösen. Je nachdem, wie Sie es gemacht haben, beinhaltet die Antwort wahrscheinlich ein wenig Integration oder Ableitung.
Ich habe meine Frage bearbeitet und die angeforderten Formeln für das "Rückwärts" -Problem hinzugefügt.

Antworten (1)

Sie haben die "Vorwärts"-Funktion x=f(v) und möchten wissen, für welchen Wert von v Sie den gewünschten Wert von x erhalten, den ich aufrufen werde X T (Ziel).

Sie könnten eine einfache Newton-Raphson-Näherung verwenden. Beginnen Sie mit der Geschwindigkeit v 1 Sie rechnen für den reibungsfreien Fall und erhalten einen Wert für X 1 (es wird zu klein). Dann die Geschwindigkeit verdoppeln v 2 = 2 v 1 , und berechnen X 2 . Sie können dann Ihre nächste Schätzung der Geschwindigkeit berechnen, v 3 = v 2 + v 2 v 1 X 2 X 1 ( X 2 X T )

Jetzt auswerten X 3 , wählen Sie die beiden nächsten Werte aus und wiederholen Sie den Vorgang. Für eine Funktion mit gutem Verhalten konvergiert dieser Ansatz schnell - und auf jeden Fall haben Sie immer die Grenzen (obere/untere) Ihrer Antwort, sobald das Ergebnis ( X ich X T ) ändert das Vorzeichen zwischen den beiden nächsten Schätzungen. Fahren Sie fort, bis sie "so nah wie nötig" sind.