Fotball hjørnespark og vektorer
En fotballspiller skal ta et hjørnespark (corner) på en fotballbane. Posisjonen \(\vec{r}\) til ballen etter \(t\) sekunder er gitt ved
Her er posisjonen gitt i meter, og koordinatsystemet er lagt slik at origo er i hjørnet av fotballbanen, \(x\)-aksen går langs kortsiden og \(y\)-aksen går langs langsiden.
- Hvor stor er farten til ballen idet den blir skutt?
- Hvor langt fra hjørnemerket er ballen når den treffer fotballbanen igjen?
- Hvor stor er farten til ballen når den er på sitt høyeste? Hvor høyt over fotballbanen er ballen da?
a) \(\underline{\underline{|\vec{v}(0)| = \sqrt{974} \approx 31{,}2 \, \mathrm{m/s}}}\)
b) Ballen lander \(\dfrac{50\sqrt{37}}{7} \approx 43{,}4 \, \mathrm{m}\) fra hjørnemerket.
c) \(\underline{\underline{|\vec{v}| = 5\sqrt{37} \approx 30{,}4 \, \mathrm{m/s}}}\), høyde \(\underline{\underline{2{,}5 \, \mathrm{m}}}\)
Vi bruker GeoGebra CAS til å definere posisjonsvektoren og beregne alle størrelser.

a
Farten er lengden av hastighetsvektoren \(\vec{v}(t) = \vec{r}'(t)\).
Vi definerer \(\vec{r}(t) = (30t,\ 5t,\ 7t - 4{,}9t^2)\) og deriverer (linje 1–2 i CAS).
Ved \(t = 0\) (idet ballen sparkes) gir CAS:
Farten til ballen idet den blir skutt er \(\underline{\underline{\sqrt{974} \approx 31{,}2 \, \mathrm{m/s}}}\).
b
Ballen treffer banen igjen når \(z\)-koordinaten er 0 (og \(t > 0\)). Vi setter opp likningen
CAS gir \(t = 0\) eller \(t = \dfrac{10}{7}\) s (linje 5). Vi bruker \(t = \dfrac{10}{7}\).
Posisjonen ved landing er (linje 6):
Avstand fra origo (hjørnemerket) er lengden av \((x, y)\)-komponenten:
CAS bekrefter dette i linje 7.
Ballen er \(\underline{\underline{\dfrac{50\sqrt{37}}{7} \approx 43{,}4 \, \mathrm{m}}}\) fra hjørnemerket når den treffer banen.
c
Ballen er på sitt høyeste når \(z\)-komponenten av hastighetsvektoren er null:
CAS bekrefter \(t = \dfrac{5}{7}\) i linje 8.
Da er hastighetsvektoren (linje 9):
Farten er (linje 10):
Høyden ved dette tidspunktet er:
Farten på det høyeste punktet er \(\underline{\underline{5\sqrt{37} \approx 30{,}4 \, \mathrm{m/s}}}\), og ballen er da \(\underline{\underline{2{,}5 \, \mathrm{m}}}\) over fotballbanen.