Bil på spiralvei i parkeringshus
En bil kjører opp en spiralformet vei inne i et parkeringshus.
Posisjonen til bilen etter \(t\) sekunder er gitt ved
der bakkenivået er \(xy\)-planet i et koordinatsystem med meter som enhet langs aksene.
- Hvor høyt over bakkenivået er bilen etter 5 sekunder?
- Bestem fartsvektoren \(\vec{v}(t)\) og farten til bilen etter 10 sekunder.
- Gjør nødvendige antakelser og bestem en mulig avstand mellom etasjene i parkeringshuset.
a) \(\underline{\underline{\frac{20}{3} \approx 6{,}67 \, \mathrm{m}}}\) over bakkenivået
b) \(\vec{v}(t) = \left[ -\dfrac{4\pi}{5}\sin\!\left(\dfrac{\pi}{5}t\right),\ \dfrac{4\pi}{5}\cos\!\left(\dfrac{\pi}{5}t\right),\ \dfrac{1}{3} \right]\), fart \(\underline{\underline{\approx 2{,}54 \, \mathrm{m/s}}}\) (konstant)
c) Avstanden mellom etasjene er \(\underline{\underline{\frac{10}{3} \approx 3{,}3 \, \mathrm{m}}}\)
Vi har gitt posisjonsvektor
a
\(z\)-koordinaten gir høyden over bakkenivået (\(xy\)-planet). Vi setter \(t = 5\):
Bilen er \(\underline{\underline{\frac{20}{3} \approx 6{,}67 \, \mathrm{m}}}\) over bakkenivået etter 5 sekunder.
b
Vi deriverer \(\vec{r}(t)\) komponentvis for å finne fartsvektoren. I GeoGebra CAS definerer vi \(r(t)\) og beregner \(v(t) = \vec{r}\,'(t)\), farten \(|\vec{v}(t)|\) og evaluerer ved \(t = 10\):

CAS gir:
Farten er lengden av fartsvektoren:
Siden \(\sin^2(\cdot) + \cos^2(\cdot) = 1\) forenkler CAS uttrykket til:
Farten er konstant – den er uavhengig av \(t\). Etter 10 sekunder er farten den samme:
Farten til bilen etter 10 sekunder er \(\underline{\underline{\frac{\sqrt{144\pi^2+25}}{15} \approx 2{,}54 \, \mathrm{m/s}}}\).
c
Vi antar at én etasje tilsvarer én full omdreining av spiralen. En full omdreining skjer når argumentet \(\frac{\pi}{5}t\) øker med \(2\pi\), det vil si når \(t\) øker med \(10\) sekunder.
Høydeforskjellen i løpet av én omdreining (\(\Delta t = 10 \, \mathrm{s}\)) er:
Dette er en realistisk etasjehøyde for et parkeringshus (typisk \(2{,}5\)–\(3{,}5 \, \mathrm{m}\)).
Avstanden mellom etasjene er \(\underline{\underline{\frac{10}{3} \approx 3{,}3 \, \mathrm{m}}}\).