Physikolympiade/Brauche Hilfe...

[Martin.]

@steg14 weiter oben ist ein Link zu nem anderen Forum, indem sie die Aufgabenstellung gepostet hat

[AnikaBrandes]

Hi,
hier noch mal die Aufgabenstellung...
IPhO - Runde 3

1994 gelang David Backham der Durchbruch zum Fußballprofi bei dem Fußballverein Manchester United unter dem Trainer Alex Ferguson. Aus 30 Metern schoss David Backham ein sensationelles Tor und leistete somit seinen Beitrag zum Sieg gegen Aston Villa.
Auf eine Frage nach dem Spiel von einem Journalisten an David Backham über das Erlernen der präzisen Freistöße, antwortete David Backham: „Ja, da leg ich mir den Ball hin, warte bis Ryan
50 Meter entfernt ist und versuche ihn zu treffen“.

Nehmen Sie an, dass Ryan (Ryan Joseph Giggs - Fußballspieler bei Manchester United) am Trainingsabend zu einem Geburtstag eingeladen ist und David Backham alleine seine Präzisionsschussübung trainieren muss. Dieser legt sich einen Tauchring in 50 Metern Entfernung flach auf den Boden hin und versucht ihn vom Freistoßpunkt mit dem Ball zu treffen.
Schnell merkt Herr Backham, dass er von dem Freistoßpunkt nicht beurteilen kann, ob der Ball in dem Ring oder ein kleines Stück über den Ring hinaus fliegt. Um dieses Problem zu lösen sucht er Rat bei der IPhO.

Aufgabenstellung
Entwickeln Sie eine Apparatur die am Körper des Freistoßschützen und an dem Ball befestigt werden kann und installieren sie eine Alarmfunktion an der Apparatur des Körpers die aktiviert wird, wenn der Ball über den Ring hinaus fliegt.

Nehmen Sie weiter an, dass David Backham .....
in 9,15 Metern Entfernung eine Fußballmauer aufgestellt hat,
in 32 Metern das Tor steht.


(Die für den Ball vorgesehende Apparatur wird bei der Produktion des Balls im Inneren des Balls installiert)

[oberallgeier]

... Apparatur die am Körper des Freistoßschützen und an dem Ball befestigt werden kann und installieren sie eine Alarmfunktion an der Apparatur des Körpers die aktiviert wird, wenn der Ball über den Ring hinaus fliegt ...

Ok, dann also los:

Man nimmt eine Rolle beste Anglerschnur (das derzeit vermutlich optimalste bei leichten Schnüren zum Fliegenfischen). 50,2 m abmessen. Zwei kleine Schlaufen an jedes Ende. Eine Schlaufe wird am Fußball befestigt, die andere an einer Fliegenrolle - das Ende der Schlaufe hält ein kleines Stück dünnstes Plastik in einem Federkontakt. Der Kontakt schließt, wenn das Plastik rausgezogen wird. Sobald der Ball mehr als 50 m von der Fliegenrolle weg ist, schließt der Federkontakt und eine daran angschlossene Klingel klingelt. Kauf die Spule mit 600 m - dann kann der olle Beckmann 10 oder 11 Bälle präparieren - das reicht für einen guten Trainingsdurchgang.

Achtung: kräftig getretene Fußbälle neigen dazu nach dem Flug, also nach dem Auftreffen am Boden noch ne Weile weiterzurollen. Das 50m-Signal kann also auch bei geringerer Flugweite durch diesen NRE (Nachrolleffekt) ausgelöst werden.

[steg14]

Nach der Aufgabenstellung kann der Ball ja der Sender sein, dann ist die Aufgabe doch schnell gelöst.
Ausserdem ist klar, dass die Apperatur nicht wirklich gebaut werden muss, da die Fabrik sich darauf nicht einlässt oder es zu teuer wird.

[Thomas$]

oder gleich mit seil fest machen so das er nicht weiter als 50m fliegen kann. Bei einer Physikolympiade kann man zwar die idee mit der angelschnur anbringen jedoch wird man damit keine physikkentnisse unterbeweisstellen können. Anika fals du das anders siehst dann schreib das hier.

[wkrug]

Bei der Aufgabenstellung gibt es meiner Meinung nach nicht sehr viele Lösungsansätze.

1. Es muß ein Drahtloses System sein.
2. Hindernisse dürfen die Funktion nicht beeinflussen.
3. Die Apperatur beim Schützen muß Alarm geben.

Laser scheidet damit aus.
Ein System mit Draht auch, weil es die Flugbahn des Balls beeinflussen könnte.
Dann bleibt noch Funk, Ultraschall oder Trägheitsmessung, oder eine Kombination aus verschiedenen Systemen übrig.
GPS dürfte für das Unterfangen zu langsam sein, da dabei nur maximal 4...10mal pro Sekunde neue Werte geliefert werden.
Ultraschall würde schon einen ziemlich kräftigen Sender brauchen, ausserdem wäre ein Referenzsignal nötig, das angibt wann ein Ultraschallpuls ausgesendet wurde.
Wobei ich von der technischen Seite her die Funk Lösung mit Laufzeitmessung favorisieren würde.
Natürlich mit den bekannten Problemen der Genehmigung und Zulassung eines Funk Senders. Das sollte aber kein Problem sein, wenn Ihr das Ding nicht auch wirklich bauen müsst

[Thomas$]

auf dem spiel feld ist er doch allein also kann man doch dem fußballer köpfhörer verpassen und us nehmen den funk ist zu schnell mir fällt nix ein womit man die laufzeit messen kann

[oberallgeier]

... Bei einer Physikolympiade kann man zwar die idee mit der angelschnur anbringen jedoch wird man damit keine physikkentnisse unterbeweisstellen können ...

Das würde mich doch sehr wundern. Die Abwägung der Größe des einzelnen Eingangsimpulses, den der Fussballspieler auf den Ball aufbringen muss gegen den dauernd, aber nicht konstant bremsenden Luftwiderstand und zur Schleppkraft für die Angelschnur (es geht hier um die zum Fliegenfischen!) lässt etlichen Spielraum, die physikalischen Kenntnise kurz und knapp anhand einer FMEA zu zeigen. Das ist ja der Hintergrund einer sportlichen Veranstaltung - nicht Masse, sondern das Gegenteil *ggg* - viele große Physiker LIEBEN kurze Beweise, die auf nen alten Briefumschlag passen. Solche Analysen von Einflussgrößen sind in Technik und Wissenschaft ziemlich wichtig - auch wenn sie gerne "vergessen" werden.

Dazu wären noch weitere Überlegungen möglich. Beispiel: Auswirkungen des zu diesem Stoßtyp zweckmässigen "geraden Stoßes" gegen den Stoß mit Effet - der das Abwickeln der Schnur stören könnte. Weiteres Beispiel: Auswirkungen des Magnuseffektes auf die Schussweite bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und unterschiedlich viel Effet.

Übrigens: die Sprengkraft der ersten Atombombe hatte ein Typ gemessen dadurch, dass er vor dem Eintreffen der Stoßwelle die Hand mit einem Papier aus dem Beobachtungsbunker weit rausgehalten hat. Das Papier hatte er unmittelbar vor Eintreffen der Druckwelle fallen lassen. Anhand des Versatzes beim Fall hatte er die Sprengkraft errechnet. Er lag etwa 10 % daneben. Der Typ hieß Fermi.

[steg14]

In der Aufgabenstellung steht nicht dass es Alarm geben soll wenn der Ball weiter als 50m entfernt ist. Backham könnte ja in die entgegengestzte Richtung schiessen. Verlangt wird ein Signal falls der Ball über den Ring hinausfliegt!
Übrigens Ultraschall geht locker 50m weit aber der Lehrer hat ja extra eine Mauer aufgestellt und ausserdem geht US nicht durch das Leder des Balls.

Die Aufgabe ist ohne zusätzliche Geräte nicht zu lösen
Zum Glück beschränkt uns die Aufgabe aber nicht auf die beiden Geräte.

Eine Triangulation mit Funklaufzeitmessungen ist also erlaubt.
Oder im Ball ist ein RFID-Transponder. Im Stadion vergraben ein paar Ledegeräte.

[Searcher]

aber der Lehrer hat ja extra eine Mauer aufgestellt

ja, aber es soll eine Fußballmauer sein

in 9,15 Metern Entfernung eine Fußballmauer aufgestellt hat

Ich kenn das nicht und frag mich wie hoch sowas dauerhaft werden kann. Vermutlich eine Ballhöhe?