Die Schultreppe
AFB I–IIEine Treppe hat Stufen mit 17 cm Höhe und 29 cm Auftrittsbreite (M1). Die gedachte Linie über die Stufenkanten bildet mit der Waagerechten den Steigungswinkel α.
Eine Kellertreppe hat Stufen mit 34 cm Höhe und 58 cm Auftritt.
- Geben Sie an, welche Seite der Stufe Gegenkathete und welche Ankathete von α ist.
- Berechnen Sie die Länge der Treppenlinie über einer Stufe sowie sin α, cos α und tan α auf drei Nachkommastellen.
- Vergleichen Sie die Steilheit der Kellertreppe mit der Schultreppe.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Gegenkathete: Stufenhöhe 17 cm (liegt α gegenüber); Ankathete: Auftritt 29 cm (liegt an α an); Hypotenuse: Stück der Treppenlinie.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
c = √(17² + 29²) ≈ 33,62 cm; sin α = 17 : 33,62 ≈ 0,506; cos α = 29 : 33,62 ≈ 0,863; tan α = 17 : 29 ≈ 0,586.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
34 : 58 = 17 : 29 ≈ 0,586: Alle Maße sind verdoppelt, die Dreiecke sind ähnlich, also sind tan α (und sin, cos) gleich. Beide Treppen sind gleich steil, die Kellerstufen nur doppelt so groß.
Schatten auf dem Schulhof
AFB II–IIIAn einem sonnigen Vormittag wirft ein 1,20 m langer, senkrechter Stab einen 1,60 m langen Schatten. Gleichzeitig ist der Schatten der Sporthalle 12,40 m lang (M2). Die Sonnenstrahlen verlaufen parallel.
- Ermitteln Sie tan α für den Einfallswinkel der Sonnenstrahlen.
- Bestimmen Sie die Höhe der Sporthalle.
- Beurteilen Sie die Aussage: „Um 15 Uhr funktioniert die Methode genauso — man braucht dann aber einen neuen Stabschatten.“
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
tan α = Stab : Schatten = 1,20 m : 1,60 m = 0,75.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
h = 12,40 m · 0,75 = 9,30 m. Die Sporthalle ist etwa 9,30 m hoch.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Die Aussage ist richtig. Die Methode beruht darauf, dass alle Schatten zur selben Zeit denselben Einfallswinkel haben (ähnliche Dreiecke). Um 15 Uhr steht die Sonne anders, α und tan α ändern sich — deshalb muss der Stabschatten neu gemessen werden, gleichzeitig mit dem Hallenschatten.
