Ihre Richtung zeigt immer in Richtung der Drehachse und ergibt sich mithilfe der Rechte-Hand-Regel (Korkenzieherregel): Zeigen die gekrümmten Finger der rechten Hand in Drehrichtung des Körpers, so gibt die Richtung des Daumens die Richtung der Winkelgeschwindigkeit an. Mathematisch ist die Winkelgeschwindigkeit das Vektorprodukt (Kreuzprodukt) aus dem Radius und der Geschwindigkeit: ω → = r → × v → Die Winkelgeschwindigkeit kann auch aus der Drehzahl und der Umlaufzeit ermittelt werden, denn für den Zusammenhang zwischen diesen Größen gilt: ω = 2 π T = 2 π ⋅ n Ein Punkt P eines rotierenden starren Körpers weiter weg von der Drehachse legt bei gleichem Drehwinkel je Zeiteinheit und damit bei gleicher Winkelgeschwindigkeit einen größeren Kreisbogen und damit auch einen größeren Weg zurück als ein Punkt nahe an der Drehachse. Die Geschwindigkeit, mit der sich ein Punkt eines starren Körpers auf einer Kreisbahn bewegt, wird als Bahngeschwindigkeit bezeichnet. Rotationskoerper im alltag . Zwischen der Winkelgeschwindigkeit des starren Körpers und der Bahngeschwindigkeit eines seiner Punkte besteht die folgende Beziehung: v = ω ⋅ r v Bahngeschwindigkeit eines Punktes ω Winkelgeschwindigkeit des Körpers r Abstand des Punktes von der Drehachse Bei einer gleichförmigen Rotation ist die Winkelgeschwindigkeit konstant, bei einer beschleunigten Rotation (Anlaufen einer Motorwelle) oder einer verzögerten Rotation (Abbremsen eines Schwungrades) verändert sie sich mit der Zeit.
Rotation um die x -Achse Für einen Rotationskörper, der durch Rotation der Fläche, die durch den Graphen der Funktion im Intervall, die -Achse und die beiden Geraden und begrenzt wird, um die -Achse entsteht, lautet die Formel zur Volumenberechnung: Rotation um die y -Achse 1. Fall: "disc integration" Disc integration Bei Rotation (um die -Achse) der Fläche, die durch den Graphen der Funktion begrenzt wird, muss man umformen zur Umkehrfunktion. Diese existiert, wenn stetig und streng monoton ist. Falls nicht (wie z. B. im Bild rechts oben), lässt sich vielleicht in Abschnitte zerlegen, in denen jeweils stetig und streng monoton ist. Die zu diesen Abschnitten gehörenden Volumina müssen dann separat berechnet und addiert werden. Wenn man hier substituiert, erhält man für das Volumen um die -Achse. Der Absolutwert von und die min/max-Funktionen in den Integralgrenzen sichern ein positives Integral. 2. Rotationskörper im alltag 6. Fall: "shell integration" (Zylindermethode) Shell begrenzt wird, gilt die Formel: Guldinsche Regeln Die beiden guldinschen Regeln, benannt nach dem Schweizer Mathematiker Paul Guldin, verkürzen Oberflächen- und Volumenberechnungen von Rotationskörpern enorm, falls sich die Linien- oder Flächenschwerpunkte der rotierenden Objekte unter Ausnutzen der Symmetrien der jeweiligen Aufgabe einfach erkennen lassen (s. u. Torus-Beispiele).
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Dazu berechnen wir und und erhalten Zur Überprüfung wollen wir das Volumen auch noch mit der zweiten Formel bestimmen. Dazu benötigen wir die Ableitung. Einsetzen ergibt Die Betrag-Striche kannst du hier weglassen, weil in positiv ist. Also gilt Achtung: Pass auf, dass du das bei der Berechnung nirgends vergisst! Beispiel 3: Mantelfläche Rotationskörper um die x-Achse Sei die Funktion, die im Intervall durch Rotation um die x-Achse einen Kegel beschreibt. Seine Mantelfläche lässt sich mit obiger Formel leicht berechnen. Dazu musst du zuerst die Ableitung bestimmen und in die Formel einsetzen Beispiel 4: Zusammengesetzte Rotationskörper In vielen Aufgaben musst du das Volumen eines zusammengesetzten Rotationskörpers berechnen. Das typische Beispiel ist ein Zylinder mit aufgesetztem Kegel. Das Volumen dieses Rotationskörpers kannst du bestimmen, indem du zuerst das Volumen des Zylinders ausrechnest, und dann das Volumen des Kegels addierst. Rotationskörper im Alltag? (Mathe, Rotation, rotationskoerper). In der Abbildung siehst du die Rotationsfläche, die durch in und in beschrieben wird.
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