Prüfungshinweise Physik

Prüfungshinweise Physik
1. Prüfungstermine:
Hauptprüfung: 27.03.03 / Nachprüfung: 07.04.03
2. Bearbeitungszeit:
120 Minuten
3. Anzahl und Art der Aufgaben:
sechs Aufgaben
4. Zugelassene Hilfsmittel:
Zeichengerät, Taschenrechner, nicht programmierbar, eingeführte Formelsammlung
5. Umfang des Stoffgebietes:
Mechanik 1-10
6. Zusatzhinweise:
Herleitung von Formeln sind nicht Gegenstand der Prüfung
Formeln nach Aufgaben geordnet
1. Geradlinig Bewegung, aus v/t Diagramm das
Gleichförmige lineare Bewegung
Winkelgeschwindigkeit
Umrechnung
Beschleunigung
Geschwindigkeit Zeit Gesetz
Weg Zeit Beschleunigung
Weg Zeit Geschwindigkeit
a/t Diagramm ableiten.
v = s/t
 = 2 /T ( T= Umlaufdauer)  = 2  n
 = v/r
/360° = /2
a = v/t
v = a t
s = ½  a  t²
s=½vt
Bremszeit auf 0
tB = v/a
Bremsweg auf 0
sB = v²/2a
Bremsweg von v0 auf v1
sB = ½  t  (v0 + v1)
Bremsbeschleunigung bergauf
aB = g  sin 
Hangabtriebskraft
Fh = Fg  sin 
Normalkraft
FN = Fg  cos 
2. Senkrechter Wurf
Wurfzeit
t = 2v/g
Steigzeit
t = v/g
Wurfhöhe
h = v²/2g
Geschwindigkeit Zeit
v1 = v0-g  t
Weg Zeit Gesetz
s = v0  t – ½  g  t²
Wurfweite beim Schrägwurf
w = v0²/g sin 2 
Wurfzeit beim Schrägwurf
tw = (2 v0  sin ) / g
Scheitelpunkt beim Schrägwurf
h = v0²/2g sin² 
3. Freier Fall (Diagramme), Stein in Brunnen und Schall.
Geschwindigkeit Zeit
v=gt
Fallhöhe
h = ½ g  t²
Geschwindigkeit beim Aufprall
v =  (2  h  g)
h = v² / 2g
4. Kreisförmige Bewegung mit Reibung.
Bahn- in Winkelgeschwindigkeit
Radialbeschleunigung
Reibungskraft
Radialkraft bei konst. Winkelgeschw.
Radialkraft bei konst. Bahngeschw.
Umlaufzeit
Frequenz
T = 1/f (1/n)
 = v/r
aR = r  ²
Fre = re  Fn
Fr = m  ²  r
Fr = m  v² / r
T = 2  / 
f=1/T
5. Kinetische Energie, potentielle Energie, Reibung.
Potentielle Energie
Wpot = m  g  h
Arbeit entlang des Wegs
W=Fs
Arbeit in bel. Richtung
W = F  s  cos 
Kinetische Energie (Beschl. Arbeit)
Wkin = ½ m  v²
Beschleunigungsarbeit mit
Anfangsgeschwindigkeit
W = ½  m (v1² - v0²)
Mindestanfahrhöhe beim Looping
h = hlooping + ½  rlooping
Mindestgeschwindigkeit im
oberen Scheitelpunkt
v=gr
6. Mechanisch Arbeit mit Feder.
Federkraft
Spannarbeit
Reibungskraft
Reibungsarbeit
F = D l
Wspann = ½  D s²
FR =   FN  s
WR = FR  s
Physikprüfung I 2000
1. Ein Testwagen mit der Masse 1000kg, beschleunigt aus dem Stand gleichmäßig auf 120 km/h, wozu
er 9s benötigt. (Keine Reibung)
a: Berechnen sie die Beschleunigung des Wagens und seine Antriebskraft?
b: Nach welcher Strecke ist eine Geschwindigkeit von 120 km/h erreicht?
c: Am Ende dieser Strecke wird in den Leerlauf geschaltet. Der Wagen rollt auf einer horizontalen Ebene mit
120 km/h weiter. Welche Strecke legt er in 3,6s zurück?
d: Anschließend rollt der Wagen eine schiefe Ebene mit dem Neigungswinkel 10° hinauf. Nach welcher
Wegstrecke kommt er zum Stillstand?
2. Eine Achterbahn rollt nach dem Start im Punkt A ohne zusätzlichen Antrieb eine Starke Gefällstrecke herab.
Anschließend durchfährt sie den skizzierten Looping mit dem Radius von 3.5m ohne weiteren Antrieb.
A: Welche Geschwindigkeit müssen die Wagen im höchsten Punkt des Loopings mindestens haben, damit die
Fahrgäste nicht herausfallen?
B: Wie schnell waren die Wagen im Punkt B(Fußpunkt), wenn die tatsächliche Geschwindigkeit im Punkt C
(Scheitelpunkt) 7,45 m/s beträgt.
C: Wie hoch muss der vorherige Berg mindestens sein, damit die Wagen diese Geschwindigkeit bekommen?
D: Mit welcher Kraft wird ein Fahrgast (75kg) im Punkt D in den Sitz gepresst?
3. Ein Fahrzeug bewegt sich 10 s lang mit einer konstanten Geschwindigkeit von 4m/s . Danach wird es für 5s
mit 0,8 m/s² beschleunigt. Anschließend wird es in 10s gleichmäßig bis zum Stillstand abgebremst.
A: Zeichnen Sie das v/t Diagramm
B: Berechnen Sie die maximale Geschwindigkeit
C: Bestimmen Sie die Gesamtfahrstrecke.
D: Wie groß ist die Bremsverzögerung?
Geg. :
Ges. :
Lös. : A:
B: Maximale Geschwindigkeit
V=at
;
vmax
=
=
=
va
4 m/s
8m/s
+
at
+
0,8 m/s²  5s
(28,8 km/h)
s
=
=
va
4m/s


t
10s
=
=
va
4m/s


t +
5s +
½
½
=
=
½
½


vmax
8m/s²


C: Fahrtstrecken
Abschnitt 1
Abschnitt 2
s
Abschnitt 3
s
=
40 m
a  t²
0,8 m/s²  5s²
=
30 m
t
10s
=
40m
=
110m
Gesammtstrecke
D: Bremsverzögerung
a
=
vmax / t ;
a
=
8m/s / 10s
= 0,8 m/s²
4. Auf einer horizontalen Scheibe liegt im Abstand von r=0,2m von einer Drehachse ein Körper mit der
Drehachse ein Körper der Masse 0,4 kg. Die Reibzahl beträgt 0,45.
A: Berechnen sie die Frequenz der Scheibe, bei der die Scheibe ins rutschen kommt.
B: Bei welcher Bahngeschwindigkeit beginnt der Körper zu rutschen?
C: Hat die Masse des Körpers auf die maximale Frequenz der Scheibe einen Einfluß, wenn alle anderen
Bedingungen erhalten bleiben? (Begründung)
Geg. : r = 0,2m ;m = 0,4 kg ; r = 0,45
Ges. : a: Frutsch ; b: v ; c: m
Lös. :
0,2 m
5. Eine Rakete wird senkrecht nach oben abgeschossen und erreicht in einer Höhe von 40km eine
Geschwindigkeit von 1600m/s. (keine Reibung)
A: Bestimmen sie die Beschleunigung der Rakete.
B: Bestimmen sie die Dauer des Beschleunigungsvorgangs.
C: In der Höhe von 40 km wird der Raketenantrieb abgeschaltet. Berechnen Sie die Maximalhöhe der Rakete.
D: Zu welchem Zeitpunkt erreicht die Rakete im freien Fall wieder die Abschussstelle?
6. Eine Milchkanne wird in einem vertikalen Kreis mit einem Radius von 1m geschwungen.
A: Wie groß muss die Geschwindigkeit im höchsten Punkt mindestens sein, damit die Milch nicht ausläuft?
B: Wie schnell ist die Kanne im tiefsten Punkt, wenn der Schleudernde keine Arbeit verrichtet?
C: Mit welcher Kraft muss er die Kanne von 2kg im höchsten bzw. im tiefsten Punkt halten.
7. Von einem Baum fällt aus der Krone ( h = 6m ) ein Apfel herunter. Nach einer Zeit von 0,4 s löst sich von
einem tieferliegenden Ast ein weiterer Apfel ( h = 3m ) .
A: Berechnen Sie die Fallzeiten der beiden Äpfel t1 und t2.
B: Welche Geschwindigkeiten v1 und v2 haben die Äpfel beim Aufprall?
C: Nach welchen Fallzeiten t1’ und t2’ haben beide Äpfel den gleichen Abstand zum Boden?
D: Wie groß ist diese Entfernung?
t = 0,4s
t1’
h1 = 6m
t2’
h2 = 3m
hgleich
8. Zur experimentellen Überprüfung von Sicherheitsgurten fahren auf einem Testgelände mit Versuchspuppen
besetzte Pkw frontal mit 50 km/h gegen eine starre Wand. Dabei wird die Frontpartie des Pkw um 0,75 m
eingedrückt.
A: Welche Bremsverzögerung erfährt das Fahrzeug?
B: Welche Kraft wirkt auf die Puppen mit 80 kg Gewicht?
C: Berechnen Sie die Verformungsarbeit ( m = 1000 kg ), wenn E kin vollständig umgewandelt wird.
D: Welche Leistung wird insgesamt bei der Verformung erbracht?
Physikprüfung 1987 Kaufm./Hausw.
1.
Ein Pkw beschleunigt gleichmäßig aus dem Stand innerhalb von 5s auf die Geschwindigkeit 10m/s.
A: Wie groß ist die Beschleunigung?
B: Welche Strecke legt er dabei zurück?
C: Nach welcher Zeit hat der Pkw die Geschwindigkeit 90km/h erreicht?
Geg. :
Ges. :
Lös. :
2.
Ein Körper mit der Masse 50kg wird eine schiefe Ebene von der Länge 20m und der Höhe von 2m
hinaufgezogen.
A: Wie groß muss die Zugkraft sein, wenn die Reibungszahl den Betrag 0,06 hat?
B: Welche Lageenergie besitzt der Körper am oberen Ende der schiefen Ebene?
C: Welche Geschwindigkeit hat der Körper, wenn er die schiefe Ebene hinunterrutscht?
Geg. :
Ges. :
Lös. :
3.
Ein Körper mit der Masse 200g wird an einem 60cm langen Faden auf einer horizontalen Bahnebene in
1,5m Entfernung vom Erdboden so herumgeschleudert, dass der Faden straff gespannt ist.
A: Welche Bahngeschwindigkeit hat der Körper bei einer Belastung des Fadens von 20N?
B: Welche Drehzahl und Umlaufdauer hat der Körper bei einer Bahngeschwindigkeit von 7,75m/s?
C: Welche Bahn beschreibt der Körper nach dem Reisen des Fadens?
D: Wie groß ist die horizontale Entfernung vom Abreißpunkt bis zum Auftreffpunkt des Körpers, wenn der
Faden bei einer Belastung von 20N reißt?
Geg. :
Ges. :
Lös. :
4.
Von einer 300m hohen Steilwand fällt ein 200g schwerer Stein.
A: Nach wie viel Sekunden kommt er am Fuß der Wand an?
B: Mit welcher Geschwindigkeit kommt er auf?
C: Welche Bewegungsenergie hat der Stein beim Aufprall?
D: Wie hoch könnte man eine Masse von 1kg heben, wenn die Aufprallenergie des Steins zur Verfügung stünde?
Geg. :
Ges. :
Lös. :
5.
Ein Körper der Masse 2kg ist an einer Schnur befestigt und wird mit 3 Umdrehungen pro Sekunde auf
einem horizontalen Kreis mit dem Radius 1,5m herumgeschleudert. Von der Erdanziehungskraft wird
abgesehen.
A: Berechnen Sie die Bahngeschwindigkeit des Körpers.
B: Berechnen Sie die Radialbeschleunigung.
C: Berechnen Sie die Kraft, mit der der Körper an der Schnur zieht.
D: Wie groß ist die Kraft, die über die Schnur am Körper angreift.
E: Der Faden reist bei einer Belastung von 1068N. Wie und mit welcher Geschwindigkeit bewegt sich der
Körper unmittelbar (!) Nachdem die Schnur reißt?
Geg. :
Ges. :
Lös. :